近日，欧洲核子研究中心（CERN）的ATLAS和CMS实验在第四十届国际高能物理大会上宣布了希格斯粒子衰变到双缪子的证据。山东大学前沿交叉科学青岛研究院粒子科学技术中心ATLAS团队骨干、齐鲁青年学者李海峰教授对ATLAS实验的物理结果有重要贡献。

图表1 希格斯粒子到双缪子的候选事例

图表2 ATLAS实验的结果

缪子是宇宙中的一种基本粒子，大约是电子质量的二百倍。电子被列为第一代粒子，而缪子是第二代粒子。希格斯粒子衰变到双缪子是一种稀有现象，每五千个希格斯粒子中会有一个衰变到双缪子。这是实验室首次看到希格斯粒子和第二代粒子的相互作用，对于理解物质的基本相互作用有重要意义。图表1和图表2分别是ATLAS实验希格斯粒子到双缪子的候选事例和实验结果。

ATLAS实验观测到了两倍标准偏差的信号，对应统计涨落的几率是5%。CMS实验报告了三倍标准偏差的信号，所观测信号统计涨落的几率是0.3%。ATLAS和CMS联合的结果超过了三倍标准偏差，提供了很强的希格斯粒子衰变到双缪子的证据。

粒子物理的标准模型认为，真空中充满了希格斯场。希格斯粒子是希格斯场的量子激发。根据希格斯机制，基本粒子因与希格斯场耦合而获得质量。通过测量希格斯粒子衰变到不同粒子的比率，物理学家们可以得到粒子和希格斯场相互作用的强度。衰变比率越高，粒子和希格斯场的相互作用就越强。2012年，ATLAS实验和CMS实验发现了希格斯粒子。希格斯粒子的发现标志了标准模型的胜利，促使了François Englert和Peter Higgs获得了2013年的诺贝尔物理学奖。到目前为止，ATLAS实验和CMS实验已经观测到了希格斯粒子衰变到W玻色子、Z玻色子和陶轻子，2018年观测到了希格斯粒子和顶夸克、底夸克的相互作用。缪子的质量较轻，和希格斯场的相互作用更弱，所以之前并没有在实验上观测到。

李海峰教授是ATLAS实验希格斯粒子到双缪子寻找工作的发起人之一。2015年至2018年底，李海峰教授担任ATLAS合作组希格斯粒子到双缪子分析组的负责人，构建了本底事例的估计方法，带领团队优化分析方法，使信号的显著度提高了25%。以ATLAS通讯编辑的身份，发表PRL编辑推荐文章Phys. Rev. Lett. 119, 051802 (2017)。2018年，李海峰教授代表ATLAS合作组在国际高能物理大会上报告希格斯粒子稀有衰变的物理结果。

这项成果得到了山东大学齐鲁青年学者项目和科技部重点研发项目的资助。山东大学于1996年加入ATLAS合作组。目前，山大ATLAS组由五位教授、一位外籍博士后和十几位研究生组成，从事了前端缪子探测器的研制、生产以及LHC二期缪子探测器的升级工作，在物理分析方面侧重于希格斯物理、顶夸克物理和超出标准模型的新物理研究。

编辑：迟佳