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)。只有通過大型強子對撞機 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。
研究團隊進一步向《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。
他們進而對希格斯與輕夸克的耦合給出了一批較強的限制性結(jié)果。
北大物理李強團隊
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。
李強團隊自 2010 年以來，就致力于高能對撞機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
本文來自微信公眾號：量子位 （ID：QbitAI），作者：白交
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