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      1. 科學研究
        科研成果
        李強課題組在多玻色子物理研究領域取得重要進展
        發布日期:2021-06-29瀏覽次數:

        在粒子物理的標準模型中,光子、W玻色子、Z玻色子和膠子等四種自旋為1的規范玻色子是傳遞相互作用的基本粒子。其中,無質量的光子傳遞長程的電磁相互作用,而重質量的W和Z玻色子傳遞短程的弱相互作用;由于W玻色子帶電,光子可以與其發生直接相互作用。

        在對撞機上用于碰撞的粒子通常是電子或質子。直接研究玻色子的相互作用并非易事,多個玻色子反應的物理特征需要通過費米子湮滅或輻射玻色子等方法實現。W玻色子與光子的聯合產生過程包括直接產生和散射產生,二者都是對撞機物理的基本過程,其示意費曼圖如圖所示。其中,W玻色子與光子的直接產生涉及WWγ三玻色子作用頂點,而W玻色子與光子的散射產生涉及WWγγ四規范玻色子頂點。對W與光子聯合產生的多玻色子過程展開研究,對深入檢驗標準模型、探測楊-米爾斯非阿貝爾相互作用,以及揭示可能的新物理跡象具有重要的意義。

        W玻色子與光子直接產生(左)和散射產生(右)的示意費曼圖

        det365娛樂場技術物理系、核物理與核技術國家重點實驗室李強研究員課題組利用歐洲核子研究中心大型強子對撞機(large hadron collider, LHC)上緊湊繆子線圈(compact muon solenoid, CMS)探測器實驗所收集的13 TeV質子-質子對撞數據,對W玻色子與光子的直接產生和散射產生進行精細探測,一方面,首次得到13 TeV對撞能量下W玻色子與光子直接產生過程的反應截面,測量精度達到4.5%,同時也對6維有效理論的相關耦合系數給出了世界最嚴格的限制;另一方面,在5倍標準偏差水平下,首次觀測到W玻色子與光子的散射過程,對8維反常四規范玻色子耦合給出了世界最嚴格的限制。

        20021年6月25日,相關研究成果以“在13 TeV質子-質子對撞中W玻色子與光子產生截面測量及對有效理論系數的限制”(Measurement of Wγ production cross section in proton-proton collisions at sqrt(s)=13 TeV and constraints on effective field theory coefficients)為題,發表于《物理評論快報》(Physical Review Letters);按照高能物理學界的慣例,論文由CMS實驗國際合作組全體成員依姓氏英文字母順序共同署名。此前,合作組曾在2020年12月10日于《物理學快報B》(Physics Letters B)發表了題為“在13 TeV質子-質子對撞中觀測到伴隨兩個噴注W玻色子與光子的電弱產生”(Observation of electroweak production of Wγ with two jets in proton-proton collisions at sqrt(s)=13 TeV)的研究成果。

        李強課題組在該系列工作中發揮了主導作用。其中,李強擔任分析協調人;det365娛樂場2017級博士研究生肖杰和2015級博士研究生黃遷明分別就上述兩項工作向合作組做了審核報告(Approval of SMP-19-002/008);北京大學博士后Andrew Levin 、2020屆博士畢業生盧夢(現為中山大學博士后)和2017級博士研究生安瑩也做出重要貢獻。

        上述工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、中國博士后科學基金等支持。

        論文鏈接:

        https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.252002

        https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0370269320307917


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