近日，欧洲核子研究中心大型强子对撞机上的ATLAS与CMS国际合作组联合发布了一项关于希格斯玻色子对（HH）产生过程的重要测量结果。相关研究以“Combination of ATLAS and CMS searches for Higgs boson pair production at 13 TeV”为题，发表于国际顶级物理学期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters），并被选为“编辑推荐”（Editors‘ Suggestion）论文。
希格斯玻色子发现之后，寻找并测量希格斯粒子之间的自耦合，是对撞机实验上研究希格斯场势能结构的唯一途径，对最终理解电弱对称性破缺机制、探索宇宙早期演化至关重要，也被视为希格斯物理研究的下一座里程碑。双希格斯粒子产生过程，则是直接测量该自耦合最灵敏的探针。正因其重要意义，该课题在由王贻芳院士领导的国家自然科学基金“高能量前沿粒子物理联合研究”卓越研究群体（原基础科学中心）项目中，被列为最重要的物理目标。该研究群体由中国科学院高能物理研究所、南京大学和北京大学共同参加，项目骨干成员南京大学金山教授与高能所陈明水研究员分别担任ATLAS实验和CMS实验物理研究负责人。
希格斯粒子对产生率极低、衰变道繁多、本底复杂，实验测量与数据分析极具挑战。为提升分析灵敏度，卓越群体项目建议书特别强调：开展联合分析——既包括单个实验内多衰变道的联合，也包括ATLAS与CMS两个实验之间的联合——是实验上尽快发现希格斯粒子自耦合效应的核心关键。为此，高能所、南京大学和北京大学的ATLAS与CMS团队针对双希格斯粒子测量研究提前布局，投入了众多研究骨干与计算资源。
在此次测量中，ATLAS与CMS实验利用Run 2期间采集的全部质子-质子对撞数据，对含双底夸克相关末态、多轻子末态等多个衰变通道开展联合分析，在95%置信度下将希格斯玻色子对产生的实验观测上限设为标准模型预言截面的2.5倍；所测信号强度约为理论预言的 0.8 (+0.9-0.7)倍，对应的信号显著度为1.1个标准差，是目前该过程最精确的测量结果。该结果将希格斯自耦合强度的取值范围限定为标准模型预言值的-0.71至6.1倍，对标准模型的检验达到了前所未有的精度。
图1：（左）95%置信度水平下HH信号强度的上限。（右）希格斯自耦合的似然函数曲线，最低点对应数据的最佳拟合值，与水平虚线的交点给出允许的置信区间。
团队在双希格斯的三个黄金衰变模式HH→bbbb、bbττ、bbγγ的希格斯自耦合测量中均作出关键贡献，并完成了ATLAS和CMS各自的双希格斯联合分析。此次联合测量基于ATLAS与CMS的双希格斯实验结果，经过细致检验、全面的系统不确定度与关联研究，通过统计联合分析成功获得了灵敏度与可靠性更高的希格斯自耦合测量结果。团队多名成员在实验组联合研究中担任核心角色，出任联合分析工作组召集人以及分析负责人等，并承担了两个实验的内部文档编辑、合作组批准报告等工作。其中，南京大学张瑞副教授与北京大学Alexandra Carvalho Antunes De Oliveira特聘副研究员担任ATLAS与CMS联合分析组负责人（每个实验组各2人），北京大学周辰研究员任CMS希格斯联合分析组共同召集人，高能所王锦副研究员任CMS双希格斯工作组共同召集人。
此次联合研究也汇聚了国内多所高校的强大合力：除卓越研究群体的三个单位外，上海交通大学李政道研究所、中国科学技术大学、复旦大学、山东大学、中山大学等单位的科研人员，也在物理分析和数据处理等方面发挥了重要作用。
论文期刊号及链接：Phys. Rev. Lett. 137, 131803， DOI: https://doi.org/10.1103/27s7-2frt
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