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浙江大学物理系肖朦团队首次测量希格斯粒子与费米子的宇称结构

编辑: 时间:2020年08月19日 访问次数:421

宇宙中的正物质远远多于反物质,这对于大多数人来说似乎是个理所当然的现象,却一直困扰着粒子物理学家:大爆炸应该产生同等数量的正反物质,而现在他们的差别太大了,现有的理论却无法解释这是为什么。理论家提出,某些相互作用导致了正反物质数量的不对称,而这些相互作用的特点之一,就是电荷宇称不守恒,也称CP破坏。已经被广泛论证的理论中也存在着电荷宇称不守恒的过程,比如弱相互作用,然而这些过程的CP破坏程度太小,不足以解释正反物质数量的巨大差别。因此,寻找超出现有理论的CP破坏,一直是粒子物理学家们寻找正反物质不对称来源的重要手段。

2012年希格斯玻色子在大型强子对撞机实验(LHC)被发现,给寻找CP破坏提供了一个全新的途径。浙江大学物理系肖朦研究员课题组利用LHC的紧凑缪子线圈(CMS)实验在2016-2018年所采集的数据,研究了希格斯玻色子与最终的夸克—顶夸克之间的相互作用是否存在CP破坏。要研究这种相互作用,希格斯粒子与顶夸克对协同产生过程(ttH)是最主要的产生途径,不过它在LHC上发生的概率很小,只有1%的希格斯玻色子是这么产生的。研究包括的另一种产生模式,希格斯粒子与单个顶夸克协同产生过程(tH),发生的概率更小,只有ttH1/6

在粒子物理现有的模型标准模型中,希格斯粒子的宇称为偶,要观测到CP破坏,即意味着奇宇称态同时存在。ttHtH过程的产生截面很小,将它们从海量的背景中找出就已经很复杂。而在此基础上,研究还需要进一步区分宇称为偶和宇称为奇的贡献各自多大。最终,研究测量到奇宇称的贡献与0符合,即CP破坏为0,希格斯玻色子与顶夸克之间的相互作用为纯奇宇称的假设被排除在3.2倍标准偏差。

这个研究第一次揭示了希格斯玻色子与费米子(即自旋为1/2的粒子)间相互作用的宇称,补齐了希格斯性质拼图中的重要一块。结果发表在Physical Review Letters (Phys. Rev. Lett. 125, 061801)。作为大型国际合作实验CMS的研究,该课题的合作者来自美国、法国等多家机构,肖朦研究员担任本篇文章编辑。该研究作为CMS实验的亮点工作,在CMS官方网站【1】,以及CERN的期刊CERN Courier被报道2】。近期,肖朦研究员还被CMS合作组任命为希格斯联合分析及有效场论组召集人。

 

1https://cms.cern/news/photon-pairs-illuminate-higgs-particle-top-quarks-and-their-connection

2https://cerncourier.com/a/first-foray-into-cp-symmetry-of-top-higgs-interactions