6月4日，《物理評論快報》（Physical Review Letters ，簡稱PRL）以編輯推薦的方式發(fā)表了歐洲核子研究中心大型強子對撞機（LHC）上CMS合作組首次發(fā)現(xiàn)ttH物理過程的文章（Phys. Rev. Lett. 120, 231801），高能所CMS組張華橋、李秉桓，F(xiàn)rancesco Romeo小組在該項研究中最靈敏的ttHWW末態(tài)作出了關(guān)鍵性貢獻并做合作組預(yù)審核報告；同時，張華橋小組和廖紅波、Aniello Spiez、 Joshuha Thomas-Wilsker小組聯(lián)合在ttHbb末態(tài)也做出重要貢獻。此項發(fā)現(xiàn)直接證明了希格斯粒子和頂夸克存在一種全新的湯川相互作用，對理解費米子的質(zhì)量起源有著里程碑式的意義。
希格斯粒子于2012年7月在LHC上ATLAS和CMS實驗發(fā)現(xiàn)后，理論上就預(yù)測存在兩種新的相互作用力：希格斯粒子和費米子的湯川耦合作用，以及希格斯粒子的自耦合作用。此次CMS實驗僅分析了2016年之前取得的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)的ttH產(chǎn)生截面與標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測相比稍微超出，但在2倍誤差范圍內(nèi)一致（圖2），未來LHC實驗將獲得更多的數(shù)據(jù)進行精確測量，以確定是否存在對標(biāo)準(zhǔn)模型的超出。
LHC上希格斯粒子有四種產(chǎn)生模式（ggH，VBF，VH，ttH）。2012年發(fā)現(xiàn)希格斯粒子主要是通過ggH過程。ttH是這四種產(chǎn)生模式中唯一通過和費米子直接耦合的過程，其產(chǎn)生截面僅相當(dāng)于ggH的1%左右，是LHC實驗分析上最具挑戰(zhàn)的物理過程之一。此次CMS觀測到5.2倍顯著度的ttH信號，綜合了多個末態(tài)的分析成果。高能所CMS組在陳和生院士和陳國明研究員的領(lǐng)導(dǎo)下，在ttH希格斯粒子衰變到WW、bb、雙光子、ZZ末態(tài)中均作出了重要貢獻。ATLAS實驗最新的結(jié)果使用更多的數(shù)據(jù)，獲得了6.2倍顯著度的ttH信號，驗證了CMS的結(jié)果。高能所ATLAS組也參與了發(fā)現(xiàn) ttH的研究工作。
6月4日當(dāng)天，ATLAS實驗和CMS實驗分別在大型強子對撞機物理國際研討會上報告了這一發(fā)現(xiàn)，歐洲核子研究中心召開了發(fā)現(xiàn)ttH的媒體發(fā)布會，并在CERN courier雜志等媒體上進行了相關(guān)報道。美國物理學(xué)會也發(fā)表了《觀點》評論文章，對CMS實驗ttH的發(fā)現(xiàn)給予高度評價。
圖1： PRL發(fā)表的發(fā)現(xiàn)ttH物理過程的CMS合作組文章
圖2: CMS實驗測量的ttH產(chǎn)生截面和標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言的比較
相關(guān)報道鏈接：
美國物理學(xué)會《觀點》報道：https://physics.aps.org/articles/v11/56
CERN新聞發(fā)布會：https://press.cern/press-releases/2018/06/higgs-boson-reveals-its-affinity-top-quark
CERN courier報道：http://cerncourier.com/cws/article/cern/71524
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