 事件显示的HBB衰减分析与ATLAS探测器。 7月9日，在首尔(韩国)举行的2018年国际高能物理会议(ICHEP)上，ATLAS实验报告了初步结果，证实了希格斯玻色子衰变成b夸克对的观测结果，而且其速度与标准模型预测一致。 Brout-Englert-Higgs机制解决了弱矢量玻色子(W和Z)不可能具有质量这一明显的理论问题。2012年希格斯玻色子的发现是标准模型的胜利。希格斯场也可以用一种优雅的方式来提供质量到带电费米子(夸克和轻子)通过相互作用涉及汤川耦合与粒子质量成比例的力量。希格斯玻色子衰变成轻子对的观测为这种相互作用提供了第一个直接证据。 在发现希格斯玻色子六年后，欧洲核子研究中心的ATLAS实验观察到标准模型中约30%的希格斯玻色子衰变。然而，希格斯玻色子倾向于衰变成一对b夸克(HBB)，预计将占所有可能衰变的近60%，到目前为止，这种衰变仍然难以实现。观察这种衰变模式并测量其速率是一个强制性步骤，以确认或不确认通过Yukawa相互作用产生的费米子的质量，正如标准模型所预测的那样。 在2018年于韩国首尔举行的国际高能物理会议(ICHEP)上，ATLAS实验报告了一个初步结果，证实了希格斯玻色子以符合标准模型预测的速度衰减成b夸克对的观测结果。有必要将衰变检测的概率排除在百万分之一的水平上，即衰变检测是由背景的波动引起的，而背景波动可以模拟这一过程。当这样的概率仅为千分之一时，检测就被限定为“证据”。HBB衰变的证据最早于2012年在Tevatron提供，一年前由ATLAS和CMS独立合作提供。  图1：MBB在(W?)(HBB)搜索通道中的分布。信号用红色表示，不同的背景用不同的颜色表示。数据显示为带有错误条的点。 考虑到HBB衰变的丰富程度，以及在发现时已经观测到多少罕见的衰变模式，例如H，为什么要花这么长时间才能实现这一观测？ 主要原因是，在质子-质子相互作用中，希格斯玻色子的产生过程导致了一对粒子喷流，产生于b夸克(b喷流)的碎裂。这些几乎不可能与通过强相互作用(量子色动力学或量子色动力学)产生的b夸克对的压倒性背景相区分。为了克服这一挑战，有必要考虑不那么丰富但在QCD中没有的特性的生产过程。其中最有效的是与矢量玻色子W或Z相关联的希格斯玻色子的产生。轻子衰变，W?，Z??和Z(其中?代表电子或子)提供了允许有效触发和有效降低QCD背景的信号。 然而，希格斯玻色子信号仍然比由顶夸克或矢量玻色子产生的剩余背景小数量级，这导致了类似的信号。例如，顶夸克对可以衰变为TT[(W?)b][(Wqq)b]，其最终状态包含一个电子或子和两个b夸克，与(W?)(HBB)信号完全相同。 区分这类背景信号的主要方法是用复杂的“b标记”算法识别的b-射流对的不变质量MBB。图1显示了这种质量分布的一个例子，其中信号和背景分量的和与数据相对应。  图2：除WZ和ZZ生成之外，所有搜索通道的MBB在所有背景相减后的分布情况。将数据(带错误条的点)与WZ和ZZ(灰色)以及WH和ZH(红色)生产的预期值进行比较。 当所有的WH和ZH通道组合在一起，并且从数据中减去背景(除WZ和ZZ产生外)时，图2所示的分布显示出一个从Z玻色子衰变到b夸克对的清晰峰，这验证了分析过程。上侧肩部的形状和速度与希格斯玻色子产生的期望一致。 然而，这不足以达到可称为观察的探测水平。为此，b喷流对的质量与显示信号与各种背景之间明显差异的其他运动变量相结合，例如两个b喷流之间的角分离，或相关矢量玻色子的横向动量。这种多变量组合是使用增强决策树(BDTs)技术实现的。从所有通道的BDT输出的组合，按信号背景比重新排序，在这里显示。可以看出，信号的分布与标准模型的分布密切相关。BDT输出要经过复杂的统计分析，以提取信号的“意义”。这是用高斯分布的标准偏差()来衡量假观测的概率的另一种方法。与观测信号相对应的幻数是5。 在2015年、2016年和2017年的大型强子对撞机运行过程中，ATLAS收集的13台数据进行了分析，得出了4.9TeV的显着性几乎足以要求观测。这一结果与运行1数据的类似分析和ATLAS对HBB衰变模式的其他搜索的结果相结合，即希格斯玻色子是与一个顶夸克对联合产生的，或者是通过一个称为矢量玻色子融合(VBF)的过程产生的。该组合的显着性为5.4。 此外，结合目前的分析和其他目标希格斯玻色子衰变成一对光子和Z玻色子测量在13 tev提供了在5.3的观测相关联的VH(V=Z或W)生产，与标准模型预测一致。现在已经在强子对撞机上观测到了所有四种主要的希格斯玻色子产生模式，其中只有两种是今年才观测到的。按照发现的顺序：(1)胶子与希格斯玻色子的融合；(2)弱玻色子与希格斯玻色子的融合；(3)希格斯玻色子与两个顶夸克的关联产生；(4)与弱玻色子有关的希格斯玻色子的产生。 有了这些观测，希格斯玻色子扇区的详细测量的新时代开始了，标准模型将通过它受到进一步的挑战。 |
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