比發(fā)現(xiàn)“上帝粒子”罕見50倍！Nature報道北大物理新成果

比發(fā)現(xiàn)“上帝粒子”罕見50倍！Nature報道北大物理新成果

量子位 | QbitAI

粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的又一次成功。

北大物理系領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊新成果，被Nature高度評價。

他們首次觀測到雙W玻色子與光子（WWγ）這一新型的三玻色子聯(lián)合產(chǎn)生過程。

這一發(fā)現(xiàn)極為罕見和關(guān)鍵——

數(shù)十億次“碰撞”才獲得250次發(fā)現(xiàn)，概率僅為發(fā)現(xiàn)“上帝粒子”希格斯玻色子1/50，最終得以驗證標(biāo)準(zhǔn)模型。

相關(guān)成果發(fā)表于《物理評論快報》，并被選為編輯推薦論文。

首次觀測到三玻色子聯(lián)合產(chǎn)生

先簡單了解一下，此次成果發(fā)現(xiàn)的主角——三種基本粒子。

兩種電荷相反的粒子W玻色子W+和W-，以及一種光子γ。

我們知道，宇宙中有四大基本相互作用：引力作用、電磁相互作用、強(qiáng)相互作用和弱相互作用。

每種相互作用都是由某一種媒介粒子傳遞的，它們被稱為玻色子。

在標(biāo)準(zhǔn)模型里，無質(zhì)量的光子（γ）傳播長程的電磁相互作用。

而W玻色子是一種負(fù)責(zé)傳遞弱相互作用的基本粒子。此前曾被發(fā)現(xiàn)并證明，W玻色子是參與核聚變的重要粒子。

但W玻色子的質(zhì)量很重，約是質(zhì)子的85倍，實驗中通常很難被發(fā)現(xiàn)。只有通過大型強(qiáng)子對撞機(jī)LHC這樣的高能量裝置才有可能“撞”出1個。

而要找到像W+W-γ這種形態(tài)，更是難上加難。

研究團(tuán)隊在LHC上使用緊湊繆子線圈（CMS）探測器篩選和分析了2016年至2018年期間數(shù)十億次13TeV質(zhì)子-質(zhì)子對撞數(shù)據(jù)，以超過5倍標(biāo)準(zhǔn)偏差的統(tǒng)計置信度，首次觀測到了雙W玻色子與光子（WWγ）這一新型的三玻色子聯(lián)合產(chǎn)生過程。

研究團(tuán)隊進(jìn)一步向《中國科學(xué)報》解釋，5.6倍標(biāo)準(zhǔn)偏差是與假設(shè)不存在三玻色子過程的情況（即空假設(shè)）相比，這也意味著數(shù)據(jù)支持三玻色子過程的存在。

他們進(jìn)而對希格斯與輕夸克的耦合給出了一批較強(qiáng)的限制性結(jié)果。

北大物理李強(qiáng)團(tuán)隊

據(jù)北大物理學(xué)院技術(shù)物理系官網(wǎng)介紹，此項成果是由李強(qiáng)課題組在CMS國際合作組提出并領(lǐng)導(dǎo)。

北京大學(xué)物理學(xué)院2017級博士研究生安瑩（現(xiàn)為德國電子同步加速器中心DESY博士后）擔(dān)當(dāng)分析負(fù)責(zé)人。

一直以來，精確測量多玻色子特別是三玻色子聯(lián)合產(chǎn)生過程，是目前高能對撞機(jī)物理領(lǐng)域前沿?zé)狳c之一，可用于探測非阿貝爾相互作用以及檢驗標(biāo)準(zhǔn)模型。

李強(qiáng)團(tuán)隊自2010年以來，就致力于高能對撞機(jī)上的多玻色子物理研究。

2022年，他們?nèi)蚴状螌崿F(xiàn)了三W玻色子共振態(tài)的尋找、并開發(fā)了3夸克和4夸克特征噴注的鑒別及校準(zhǔn)技術(shù)。

此項研究開拓了新物理尋找的新航線。

李強(qiáng)向《中國科學(xué)報》表示，高能物理確實處在比較艱難的時期。

在人跡罕至的地方探險，雖然有著未知和挑戰(zhàn)，但也有著新發(fā)現(xiàn)的可能性。

參考鏈接：

[1]https://ppnp.pku.edu.cn/info/1020/2145.htm

[2]https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2024/3/519806.shtm