利用ATLAS探測(cè)器尋找標(biāo)準(zhǔn)模型下的希格斯玻色子到雙繆子的衰變過程以及TeV能區(qū)下的新物理現(xiàn)象.pdf

1、2012年，希格斯玻色子(Higgs)由大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)上的ATLAS和CMS實(shí)驗(yàn)組通過研究雙玻色子衰變道而發(fā)現(xiàn)。該粒子的發(fā)現(xiàn)完善了標(biāo)準(zhǔn)模型理論并開啟了粒子物理研究的新時(shí)代。在此之后，為了檢驗(yàn)所發(fā)現(xiàn)的Higgs是否與標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言相穩(wěn)合，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家開展了多項(xiàng)針對(duì)Higgs性質(zhì)的研究，其中包括對(duì)Higgs量子數(shù)以及其與費(fèi)米子耦合常數(shù)的測(cè)量。盡管標(biāo)準(zhǔn)模型可以成功地解釋當(dāng)前大多數(shù)存在的粒子以及現(xiàn)象，但它并不是一個(gè)完美的理論框架，仍然有

2、一些觀測(cè)到的現(xiàn)象無法用標(biāo)準(zhǔn)模型理論解釋，例如中微子的質(zhì)量，暗物質(zhì)以及正反物質(zhì)不對(duì)稱等等。因而，尋找超越標(biāo)準(zhǔn)模型的新物理現(xiàn)象也是當(dāng)前非常重要的研究課題。經(jīng)過兩年多的停機(jī)，2015年，LHC在質(zhì)心系能量提高到13TeV之后重新開啟了第二階段的取數(shù)(Run2)。伴隨著質(zhì)心系能量的提高，相關(guān)物理過程的產(chǎn)生截面都有著顯著的增加，從而為探索Higgs的稀有衰變道以及尋找TeV能區(qū)下的新物理現(xiàn)象提供了很好的契機(jī)。隨后經(jīng)過2015和2016兩年的成功運(yùn)

3、行，LHC上的ATLAS探測(cè)器收集到了積分亮度為36.1fb-1的大量數(shù)據(jù)。本論文所闡述的兩項(xiàng)研究工作即是利用這些數(shù)據(jù)開展進(jìn)行的。
　　論文首先闡述的工作是尋找標(biāo)準(zhǔn)模型下的Higgs衰變到雙繆子的過程。該過程是一種稀有現(xiàn)象但卻為研究Higgs與第二代費(fèi)米子的Yukawa耦合提供了獨(dú)特并且相對(duì)干凈的末態(tài)。在Run2的該項(xiàng)研究過程中，多變量分析(MVA)的方法被首次引入，并用于信號(hào)分類，從而極大提高了信號(hào)探測(cè)的顯著度?；?6.1fb

4、-1數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言相比沒有明顯偏離。由此，95％的置信度下的Higgs到雙繆子的產(chǎn)生截面上限被設(shè)定為3.0倍于標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言值，而對(duì)應(yīng)的上限期望值為3.1。該結(jié)果與Run1相比有了大幅度提高，上限下降了近50％。在進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)學(xué)上合并Run1以及Run2的數(shù)據(jù)后，相應(yīng)的觀測(cè)（期望）的截面上限為2.8(2.9)倍于標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言值。
　　論文描述的另一項(xiàng)工作是通過雙輕子末態(tài)尋找TeV能區(qū)的新物理現(xiàn)象。該末態(tài)的優(yōu)勢(shì)在于干凈

5、和易于重建，并且該末態(tài)下的本底過程相對(duì)較好研究。利用2015和2016兩年所積累的數(shù)據(jù)，沒有明顯觀測(cè)到與標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言不一致的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，因而設(shè)定了相較Run1實(shí)驗(yàn)結(jié)果更為嚴(yán)格的對(duì)新物理模型的排除閾。對(duì)于共振態(tài)理論模型預(yù)言的大質(zhì)量玻色子Z'SSM，Z'x以及Z'ψ，相應(yīng)的95％置信度下的質(zhì)量下限被設(shè)定在4.5TeV,4.1TeV以及3.8TeV。而在另外一些新物理模型中，例如Contact Interactions，其過程產(chǎn)生能閾遠(yuǎn)超實(shí)驗(yàn)上