欧洲核子研究中心发现希格斯玻色子成对产生统计线索

欧洲核子研究中心相关物理团队近日在大型强子对撞机数据分析中，发现了希格斯玻色子成对产生的统计线索。研究人员分析了对撞机八年间数百万次碰撞结果，相关成果已在ICHEP会议上发布，并形成两篇预印本。

图为ATLAS(左)和CMS(右)观测到的两个希格斯玻色子产生相关事件的示意图  CERN

希格斯玻色子于2012年被发现，此后物理学家持续测量其与其他基本粒子的相互作用，以检验标准模型对物质质量来源的解释。但希格斯玻色子与自身相互作用的现象尚未被直接观测到。该自相互作用过程对检验标准模型具有重要意义，也有助于研究宇宙物理真空稳定性。

不过，希格斯玻色子成对产生极为罕见。在质子碰撞中，约每产生1500个单个希格斯玻色子，才可能出现一对希格斯玻色子。由于这类粒子寿命极短，研究人员无法直接长期观测，只能通过其衰变产物寻找痕迹。

ATLAS和CMS两个国际合作组重点分析了一类事件：一个希格斯玻色子衰变为下夸克和反下夸克，另一个衰变为τ轻子及其反粒子。由于τ轻子衰变会产生难以探测的中微子，事件重建受到背景噪声干扰。研究人员因此引入机器学习算法，从复杂数据中分离可能的目标信号，并将大型强子对撞机此前运行阶段的数据与2015年至2023年第三运行期的早期数据合并分析。

结果显示，类似希格斯玻色子成对产生的事件数量较此前观测有所增加。ATLAS合作组观测到的信号强度比预期背景高出2.6个标准差;CMS合作组则给出了更严格限制，排除了希格斯玻色子成对产生速率达到标准模型预测值四倍的可能性。

研究人员认为，新数据为希格斯玻色子成对产生过程提供了直接线索，但目前统计显著性仍不足以确认观测结果。未来，随着大型强子对撞机进入高亮度运行模式，数据量预计将显著增加，有望进一步压低统计噪声，使这一罕见过程的信号更加清晰。