ATLAS探测器揭示13 TeV下矢量玻色子融合中不可见希格斯衰变的最新限界

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本文档探讨了使用ATLAS探测器在大型强子对撞机(LHC)的13 TeV质心能量下,通过矢量玻色子融合(VBF,Vector Boson Fusion)过程对不可见希格斯玻色子(Higgs boson)的衰变进行实验搜索。希格斯玻色子是粒子物理学中的关键粒子,特别是在标准模型(Standard Model)中,它与其它基本粒子如W和Z玻色子相互作用。研究中,实验特征表现为一对高能喷注,它们的不变质量在约1 TeV和100 GeV范围内,同时伴有缺失的横向动量,这是由于希格斯玻色子衰变为无法直接探测的粒子所导致的。 数据分析基于ATLAS实验收集的36.1 fb$^{-1}$ pp(质子-质子)碰撞数据。在信号区,观察到了2252个事件,这一数值与背景估计相符合。对于一个假设的125 GeV标量粒子,标准模型预测的希格斯玻色子衰变成不可见粒子的分支比(BR,Branching Ratio)上限在95%置信水平下被限制为0.37,这个结果低于预期的0.28,这意味着这种衰变过程可能并未在实验中得到明显的观测。 文章进一步将这一发现纳入了希格斯门户模型(Higgs Portal Model),这是一个理论框架,其中暗物质粒子(WIMP,Weakly Interacting Massive Particles)可能通过与希格斯玻色子的耦合来解释。在该模型中,限制可转化为对WIMP-核子散射截面的边界。此外,研究还考虑了额外标量玻色子(Scalar Bosons)的无形衰变,这些玻色子的质量不超过3 TeV,其截面与分支比的上限范围在0.3至1.7 pb之间。 这项工作不仅验证了标准模型的预测,也为暗物质粒子的研究提供了重要线索,尤其是当考虑到可能存在的新物理现象时。它强调了对希格斯玻色子衰变性质的深入探索在粒子物理学中的重要意义,并为未来实验设计和理论模型的优化提供了有价值的数据参考。