观察到一种质量为125 GeV的新粒子 - CMS DocDB Server - CERN.DOCVIP

观察到一种质量为125 GeV的新粒子 欧洲核子中心（CERN），CMS 实验 2012 年7月4日 提要 今天，在欧洲核子中心（CERN）和在澳大利亚墨尔本召开的2012年国际高能物理大会“ICHEP 2012”[1]共同举办的报告会上，大型强子对撞机（LHC）上紧凑型缪子线圈（CMS）实验的科研人员介绍了他们从截止到2012年6月所记录的数据中寻找标准模型中的希格斯玻色子所取得的初步结果。 CMS 在质量约为125 GeV[2]处观察到事例超出，它在统计学上的显著度高出本底期待值5个标准差（5 Sigma） [3] 。本底自身产生这么大（或更大）的涨落的几率大约是三百万分之一。此粒子的最强证据显示在质量分辨率最佳的两个末态：首先是双光子末态，其次是具有两对带电轻子（电子或缪子）的末态。我们将其解释为是由于产生了一种未曾见过的质量约为125 GeV的粒子。 CMS实验的数据也在95%的置信水平上 [4] 排除了在110-122.5 GeV 和 127-600 GeV质量范围内标准模型希格斯玻色子存在的可能性—-更低的质量范围早已被CERN的大型电子-正电子对撞机在同样的置信水平上排除了。 在统计和系统误差范围内，在不同的有哪些信誉好的足球投注网站渠道中得到的结果与标准模型希格斯玻色子的预期一致。然而，要确立到底这种新粒子是否具有标准模型希格斯玻色子应有的全部特征，或者是否有些特征不符合（从而意味着超出标准模型的新物理），我们还需要更多的数据。 LHC还在以引人注目的进度提供新数据。到2012年底，CMS希望现在的数据样本总量翻3倍多。这些数据将使CMS能进一步阐明这种新观察到的粒子的本性，也将允许CMS延伸对很多其他新物理的探索。 CMS的研究思路 CMS 分析了在2011年全年和2012年截止到6月18日收集到的全部数据。其数据量是2011年质心对撞能量为7TeV下5.0 fb-1的积分亮度 [5] 和2012年质心对撞能量为8TeV下的5.3 fb-1。 标准模型预言希格斯玻色子在解体（或“衰变”）到其他已知粒子之前只存活非常短的时间。CMS研究了5条主要的希格斯玻色子的衰变道。其中3条衰变道的产物是玻色子对（??, ZZ 或 WW)，另2条的产物是费米子对（bb或 ??），这里 ??代Z和W代表弱相互作用力的传播子，b代表底夸克，? 代表陶轻子。??, ZZ 和 WW道在125GeV附近寻找希格斯玻色子的过程中具有相等的敏感度，并且都比bb和????道更敏感。 ??? ZZ 衰变道非常重要，因为它们可以用来精确测量新粒子的质量。通过??衰变道，由CMS的晶体电磁量能器（图1）测量的两个高能光子的能量和方向来确定新粒子的质量。通过ZZ衰变道，新粒子的质量决定于两个Z粒子衰变到两对电子、或两对缪子、或一对电子和一对缪子（图2），这些末态粒子是在电磁量能器、内部径迹探测器和缪子探测器中测量的。 图 1：CMS探测器2012年记录到的一个质子-质子对撞质心能量为8TeV的事例。该事例显示从标准模型希格斯玻色子衰变到一对光子（黄虚线和绿细柱）所期望的特征。已知的标准模型的本底过程也可能产生这样的事例。 图 2：CMS探测器2012年记录到的另一个质子-质子对撞质心能量为8TeV的事例。该事例显示从标准模型希格斯玻色子衰变到一对Z玻色子所期望的特征，其中一个Z接着衰变成一对电子（绿线和绿细柱），另一个Z衰变成一对缪子（红线）。已知的标准模型的本底过程也可能产生这样的事例。 WW衰变道更复杂。每个W由它衰变成的一个电子和一个中微子或一个缪子和一个中微子来鉴别。中微子将贯穿CMS探测器而不留任何痕迹，所以标准模型希格斯玻色子在WW衰变道中将展示成质量分布图上的一个较宽的事例超出，而不是一个细高的峰。bb衰变道有来自标准模型过程的庞大本底，所以我们的分析主要寻找一个希格斯玻色子和一个W或Z粒子共生、然后衰变到电子或缪子的那些事例。???衰变道是通过观察 ??衰变成电子、缪子和强子来测量的。 CMS 结果的汇总 如果标准模型希格斯玻色子根本不存在，CMS 的数据样本应该足够敏感，从而可以在95%的置信水平上在110-600 GeV质量范围内将其完全排除。事实上，CMS的数据确实已经在95%的置信水平上排除了两个很宽的质量范围（即110-122.5 GeV 和 127-600 GeV）内的标准模型希格斯玻色子。 之所以在质量范围122.5-127 GeV内无法排除，是因为在我们分析的5条衰变道中的3条里看到了事例超出： γγ 衰变道: 图 3 是γγ 的质量分布图，在质量靠近125GeV?处有一个高于本底4.1个标准差的事例超出。观察到双光子末态意味着新粒子是玻色子，而不是费米子，并且不能是自旋为1的粒子。 ZZ衰变道: 图 4 是四轻子（两