近日，我校beat365英国官网网站袁麗副教授團隊，聯合比利時布魯塞爾自由大學、美國加州大學聖塔芭芭拉分校的相關團隊，通過分析CMS實驗數據，獲得目前世界上最精确的希格斯粒子寬度測量結果，相關成果以“Measurement of the Higgs boson width and evidence of its off-shell contributions to ZZ production”為題，發表在《Nature Physics》期刊上。

粒子物理的标準模型是目前人類對微觀物質世界最精确的描述。1964年布繞特、恩格勒、希格斯等預言一個新的粒子可以解釋質量的起源，這種粒子被稱為希格斯粒子，又稱為上帝粒子。經過幾代粒子物理學家的努力，該粒子最終于2012年由歐洲大型強子對撞機上的ATLAS實驗和CMS實驗同時發現，2013年恩格勒教授和希格斯教授共同獲得諾貝爾物理學獎。

自希格斯粒子發現以後，對其基本性質的研究成為粒子物理領域内的重要科學前沿，其中希格斯粒子寬度是重要的基本性質之一，關系到真空穩定性、暗物質質量起源等當前最基本科學問題，然而實驗上測量希格斯寬度面臨非常大的挑戰。标準模型預言希格斯粒子寬度僅為4.1 MeV,相當于其質量（約125 GeV）的1/30000，傳統的質量分辨測量法和飛行距離測量法都遠遠無法滿足希格斯粒子寬度測量的精度要求。理論計算表明，希格斯在殼（on-shell，即共振峰區域）事例和離殼 （off-shell，即共振峰以外區域）事例的信号強度的比值，反比于希格斯粒子的寬度，因此，實驗上可分别測量這兩部分事例的信号強度來間接測量希格斯粒子寬度。這一方法的難點在于希格斯離殼事例非常稀少，在CMS實驗記錄的超過一億億次對撞事例中，預計僅有約130個希格斯離殼事例滿足篩選條件；而本底噪聲污染嚴重，且信号與相同末态的本底事例存在極強的量子幹涉效應。為此，研究團隊針對稀有的希格斯離殼事例開展攻關，一方面開發出數據驅動的方法來準确估計各部分非相幹本底的貢獻，以最大限度減小系統誤差，另一方面通過蒙特卡洛方法詳細研究希格斯信号與相幹本底的多個維度的幹涉譜形，以從複雜的幹涉譜形中分解出信号事例。經過逾4年的不懈努力，研究團隊終于獲得突破，首次觀測到希格斯粒子離殼事例的實驗證據，同時聯合希格斯在殼事例，測量得到希格斯粒子寬度的中心值為3.2 MeV，上限5.6 MeV下限1.5 MeV，測量誤差顯著壓低，是迄今為止最精确的測量結果。研究成果為進一步理解電弱對稱性自發破缺機制和真空穩定性問題提供了強有力的幫助，同時也為探索超出标準模型新物理提供了重要參考。

左圖：實驗上觀測到的希格斯粒子寬度的似然值掃描結果。 右圖： 實驗上觀測到的希格斯粒子離殼事例信号強度的似然值掃描結果。

此項研究經過CMS合作組審核，于2021年10月發布初步結果後，立刻受到同行的廣泛關注，被多家媒體報道，随後在歐洲核子研究中心以專題報告的形式進行展示。在2022年紀念希格斯粒子發現10周年的大會上，研究成果被歐洲核子研究中心評為希格斯粒子性質研究的十一項最重要的進展之一，同時入選《Nature》、《Nature Physics》 和《Nature Reviews Physics》挑選的合集《The Higgs boson discovery turns ten》。

研究成果被CERN News, SCI NEWS,環球科學等多家媒體報道

在此項研究中，beat365英国官网网站袁麗副教授擔任分析負責人，帶領團隊完成了從分析框架搭建、分析策略的制定和實施，到物理結果的産出和驗證等關鍵工作，與美國加州大學聖塔芭芭拉分校的博士後Ulascan Sarica共同完成了論文撰寫，并負責回複審稿人的意見。北航博士生王翰文在此項研究中做出重要貢獻，代表研究團隊在CMS合作組内做總結報告。團隊成員多次在國際會議中代表CMS合作組彙報研究成果。此項研究受到國家自然科學基金委、國家科技部、北航拔尖人才支持計劃資助。

論文鍊接：https://doi.org/10.1038/s41567-022-01682-0

注：歐洲大型強子對撞機（LHC）是目前世界上能量最高的粒子加速器，CMS探測器是LHC上四個大型探測器之一。依托CMS探測器組建的CMS國際合作組，由來自約40個國家的200多個大學和研究機構的近4000名物理工作者和工程師組成。我國現有中國科學院高能物理研究所、北京大學、beat365英国官网网站等8家單位參與CMS實驗。北航CMS團隊積極參與探測器的運行維護和物理研究，在希格斯粒子性質測量和新粒子尋找等熱點課題研究中，近年來發表北航成員為主要作者（合作組論文作者按照字母排序，無第一、通訊作者，對論文作主要貢獻者由合作組發言人書面說明）的合作組論文10餘篇。