ATLAS探测器揭示13 TeV质子-质子碰撞中Higgs玻色子CP不变性的矢量-玻色子融合研究

在《物理快报B》(PhysicsLettersB, Vol. 805, 2020, Article No. 135426)中，ATLAS实验团队报道了一项关于在质子-质子碰撞中的希格斯玻色子通过矢量-玻色子融合产生的CP不变性检验的研究。这项研究关注的是Higgs boson（希格斯粒子）在H→ττ衰变过程中的特性，这是一种关键的物理过程，因为它能揭示基本粒子间的CP（宇称-时间反演）对称性。 实验利用了欧洲核子研究组织（LHC）的ATLAS探测器，在13 TeV的质子-质子碰撞数据集（36.1 fb^-1）上进行分析。研究人员采用了Optimal Observable（最佳观测量）方法，这是一种统计技术，用于最大程度地区分CP不变和CP违反效应。在实验中，希格斯玻色子与弱电玻色子（如W和Z玻色子）之间的CP违反相互作用被一个名为d~的有效场论参数所描述，该参数的值决定了CP违反的强度。 实验结果显示，在最佳观测量的分布中并未观察到CP违反的显著信号。通过对数据的统计分析，得到的结果是CP违反参数d~的95%置信水平（CL）限制范围为[-0.090, 0.035]，这与标准模型的预测区间[-0.21, 0.15]相比较，表明当前的数据没有提供足够的证据来排除标准模型的CP不变假设。 尽管没有发现CP违反，但此次实验结果对于验证或限制希格斯玻色子的CP性质具有重要意义，因为任何非零的d~值都可能暗示新的物理现象。此外，实验结果也为未来的高能物理实验提供了基准，以进一步探索可能存在的新物理领域，比如超对称、额外维度或其他超出标准模型的现象。 这项工作是现代粒子物理学实验的重要一步，它通过精确测量和数据分析，增强了我们对希格斯玻色子和其与其他基本粒子交互方式的理解，特别是在CP对称性问题上的研究。未来随着更多数据的积累和实验技术的进步，这种类型的测试将变得更加敏感，可能揭示出CP违反的微小迹象，或者为寻找新的物理定律提供线索。