ATLAS探测器在13 TeV下搜索希格斯玻色子衰变至超出标准模型的轻玻色子

"这篇论文是ATLAS合作组在2018年发表的，研究了在13TeV质心能量的LHC上使用ATLAS探测器收集的数据，对希格斯玻色子衰变成超出标准模型（BSM）的轻子事件进行的搜索。主要关注的是Higgs玻色子（质量为125 GeV）可能通过中间态H→ZX/XX→4ℓ衰变，其中X代表质量在1至60 GeV之间的新矢量玻色子Z'd或伪标量a。经过对36.1 fb^-1的碰撞数据分析后，未发现显著超出标准模型预期的事件，因此对Higgs玻色子衰变至这些新玻色子的分支比设置了95%置信水平的上限。" 这篇研究详细探讨了在标准模型之外寻找新物理现象的可能性，特别是通过分析希格斯玻色子的非标准衰变模式。希格斯玻色子，作为2012年被ATLAS和CMS实验共同发现的基本粒子，是标准模型的关键组成部分，它负责赋予其他基本粒子质量。然而，标准模型无法解释所有观测到的现象，比如暗物质、宇宙的正反物质不对称性等，因此科学家一直在探索超出标准模型的理论。 在本文中，研究者假设Higgs玻色子可以通过衰变成一对迅速衰变的中间玻色子X，进而产生四个轻子（电子或缪子）的信号。这个中间态可能是新的矢量玻色子Z'd或者是伪标量a，这两种粒子的质量范围被限制在1到60 GeV之间。这种衰变模式如果存在，将提供超出标准模型的新粒子证据。 实验使用了LHC在2015年至2016年运行期间的数据，总集成照度达到了36.1 fb^-1。通过对这些数据的详尽分析，没有发现明显的超出标准模型背景的信号。这意味着，如果这样的新玻色子存在，其与Higgs玻色子的相互作用必须非常弱，或者是它们的衰变方式与预期不符。 根据分析结果，研究者设定了一系列95%置信水平的上限，这些上限适用于模型独立的截面以及两个基准模型中的Higgs玻色子衰变分支比。这些限制对于理解可能存在的新物理现象及其性质具有重要意义，因为它们可以帮助缩小理论模型的空间，并为未来的实验设计提供指导。 这篇论文是粒子物理学领域的一个重要贡献，它在寻找新物理的道路上迈出了坚实的一步，同时提供了对希格斯玻色子性质的更深入理解，以及对超出标准模型粒子的进一步限制。尽管目前尚未找到确凿的证据，但这项工作为进一步的探索奠定了基础，并将持续推动粒子物理学的发展。