众所周知,2012年欧洲核子研究中心大型强子对撞机(LHC)实验上发现了希格斯玻色子,成功解释了基本粒子的质量起源,为2013年的诺贝尔物理学奖提供了最关键的实验证据,是过去半个多世纪基础物理学最重大的科学发现之一。此后大型强子对撞机通过能量和亮度升级,2015年重新启动,运行在更高的能区13万亿电子伏特,积累了大统计量的质子对撞实验数据。除了对希格斯粒子的各种性质进行精确测量外,寻找超出标准模型的新粒子,如重质量的共振态粒子,超对称理论预言的粒子等,是LHC实验的重要物理目标。
2018年5月8日,ATLAS国际合作组(约3000人)专题报导了寻找重质量共振态粒子衰变到W/Z/H和光子末态的最新研究结果(arXiv:1805.01908)。通过对W/Z/H+光子末态新物理寻找的多个相空间重新优化和联合统计分析,在LHC实验所能达到的最高不变质量区(达6.8万亿电子伏特),获得了新共振态粒子衰变到矢量双玻色子(W/Z+光子)衰变截面的统计上限。对重质量新粒子到W/Z和光子双玻色子衰变的理论模型作出了最新、最严格的实验检验和统计限制。同时,在LHC实验中首次提出了重共振态粒子衰变到希格斯粒子+光子末态的新物理课题,并发布了在1-3万亿电子伏特质量区间,新粒子到希格斯粒子+光子衰变截面的统计上限。
该结果随后于2018年5月30日,被ATLAS合作组选为年度代表性物理成果之一,于LHC委员会公开会议(LHCC)上作为“First search for a massive boson X decaying to Hγ”的亮点研究报告。
该研究课题由上海交通大学李政道研究所(TDLI)与物理与天文学院粒子和核物理研究所(INPAC)青年学者李数,和中科院高能物理研究所梁志均,合作和主导完成。李数作为课题负责人之一,在LHC实验中首次引入了希格斯粒子和光子二体共振态的理论模型,负责和推动了整个物理分析工作的开展和顺利完成。
李数研究员2008年毕业于中国科学技术大学,2012年获得博士,师从赵政国院士;2013-2017年在美国杜克大学作博士后;2017年起作为首位“李政道青年学者”加盟李政道研究所和上海交通大学物理与天文学院粒子和核物理研究所(INPAC)。2009年起从事LHC/ATLAS实验前沿课题研究,历任ATLAS合作组蒙特卡洛验证组负责人(2015-2017),标准模型电弱物理组负责人(2017-2018),蒙特卡洛产生子研发组负责人(2018.4-)。重要的研究成果还包括:1)WW玻色子产生截面和反常耦合测量、2)精确测量希格斯粒子的WW衰变道标准模型本底、3)LHC首次发现三玻色子(Z和双光子)稀有过程及反常耦合测量、4)ATLAS首篇Z+光子+双喷注纯电弱相互作用散射过程测量,有效排除750GeV疑似共振态的Z+光子重质量共振态信号。
http://atlas.cern/updates/physics-briefing/searching-forces-beyond-standard-model
https://arxiv.org/abs/1805.01908