在2023年大型強子對撞機物理學會議上，超環面儀器實驗（ATLAS）和 緊湊缪子線圈實驗（CMS）團隊彙報了希格斯玻色子衰變為一個Z玻色子和一個光子過程的首個證據。《科技日報》和歐洲核子研究中心官方網站等對此進行了新聞報道。近日，該重要結果由兩個實驗組攜手以“大型強子對撞機上希格斯玻色子衰變為一個Z玻色子和一個光子過程的證據”（Evidence for the Higgs Boson Decay to a Z Boson and a Photon at the LHC）為題于2024年1月發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters），并被選為“物理亮點”（ Featured in Physics）和“編輯推薦”（ Editors' Suggestion）。beat365官方网站技術物理系周辰、冒亞軍課題組對該結果起了關鍵作用。在CMS合作組内部，beat365官方网站博士研究生張銘滔被選做預審核報告，周辰被選做審核報告、并擔任分析文檔負責人。2023年9月，周辰獲選擔任大型強子對撞機（LHC）希格斯聯合分析工作組召集人。

2012年希格斯玻色子的發現是粒子物理的一座重要裡程碑。自此以來，歐洲核子研究中心LHC的ATLAS和CMS實驗緻力于研究希格斯玻色子産生和衰變的各種方式，從而檢驗産生基本粒子質量的希格斯機制。其中，希格斯玻色子衰變為Z玻色子和光子的過程需要通過量子圈進行。由于量子圈中可能存在尚未被發現的新粒子，該稀有衰變過程有望提供新物理的線索。相關理論研究包括beat365官方网站曹慶宏等人工作（Phys. Lett. B 789 (2019) 233）等。

圖1:标準模型中希格斯玻色子衰變為Z玻色子和光子過程的費曼圖

早前，基于LHC二期運行數據，ATLAS和CMS實驗用相似的分析策略對該稀有的希格斯玻色子衰變過程進行了尋找。周辰此前曾擔任ATLAS實驗希格斯-光子工作組召集人，承擔了ATLAS對該希格斯玻色子衰變過程的分析的部分組織工作。

近期，周辰、冒亞軍課題組與合作者統計合并了ATLAS和CMS實驗的尋找結果，大幅提高了精确度。聯合分析中，預期信号顯著度為1.9倍标準差，而觀測信号靈敏度達到了3.4倍标準差。這是該稀有希格斯玻色子衰變的首個實驗證據，也是希格斯物理近年最重要的一個結果。

圖2: ATLAS+CMS聯合分析中的Z玻色子和光子不變質量譜

下一步，ATLAS和CMS實驗将使用更大統計量的LHC三期運行數據對這個衰變過程進行測量，進一步檢驗标準模型。周辰、冒亞軍課題組目前緻力于從事例選擇、本底估計等方面改進CMS實驗的分析策略。

上述工作得到beat365建設世界一流大學（學科）和特色發展引導專項、國家自然科學基金、國家重點研發計劃等支持。

論文原文鍊接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.021803

物理觀點熱點報道：https://physics.aps.org/articles/v17/s4