比发现“上帝粒子”罕见 50 倍：Nature 报道北大物理新成果，首次观测到三玻色子联合产生

粒子物理标准模型的又一次成功。

北大物理系领导的研究团队新成果，被 Nature 高度评价。

他们首次观测到双 W 玻色子与光子（WWγ）这一新型的三玻色子联合产生过程。

这一发现极为罕见和关键 —— 数十亿次“碰撞”才获得 250 次发现，概率仅为发现“上帝粒子”希格斯玻色子 1/50，最终得以验证标准模型。

相关成果发表于《物理评论快报》，并被选为编辑推荐论文。

首次观测到三玻色子联合产生

先简单了解一下，此次成果发现的主角 —— 三种基本粒子。两种电荷相反的粒子 W 玻色子 W + 和 W-，以及一种光子 γ。

我们知道，宇宙中有四大基本相互作用：引力作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用。每种相互作用都是由某一种媒介粒子传递的，它们被称为玻色子。

在标准模型里，无质量的光子（γ）传播长程的电磁相互作用。

而 W 玻色子是一种负责传递弱相互作用的基本粒子。此前曾被发现并证明，W 玻色子是参与核聚变的重要粒子。

但 W 玻色子的质量很重，约是质子的 85 倍，实验中通常很难被发现。只有通过大型强子对撞机 LHC 这样的高能量装置才有可能“撞”出 1 个。而要找到像 W+W-γ 这种形态，更是难上加难。

研究团队在 LHC 上使用紧凑缪子线圈（CMS）探测器筛选和分析了 2016 年至 2018 年期间数十亿次 13TeV 质子-质子对撞数据，以超过 5 倍标准偏差的统计置信度，首次观测到了双 W 玻色子与光子（WWγ）这一新型的三玻色子联合产生过程。

研究团队进一步向《中国科学报》解释，5.6 倍标准偏差是与假设不存在三玻色子过程的情况（即空假设）相比，这也意味着数据支持三玻色子过程的存在。

他们进而对希格斯与轻夸克的耦合给出了一批较强的限制性结果。

据北大物理学院技术物理系官网介绍，此项成果是由李强课题组在 CMS 国际合作组提出并领导。

北京大学物理学院 2017 级博士研究生安莹（现为德国电子同步加速器中心 DESY 博士后）担当分析负责人。

一直以来，精确测量多玻色子特别是三玻色子联合产生过程，是目前高能对撞机物理领域前沿热点之一，可用于探测非阿贝尔相互作用以及检验标准模型。

李强团队自 2010 年以来，就致力于高能对撞机上的多玻色子物理研究。2022 年，他们全球首次实现了三 W 玻色子共振态的寻找、并开发了 3 夸克和 4 夸克特征喷注的鉴别及校准技术。

此项研究开拓了新物理寻找的新航线。

李强向《中国科学报》表示，高能物理确实处在比较艰难的时期。

在人迹罕至的地方探险，虽然有着未知和挑战，但也有着新发现的可能性。

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本文来自微信公众号：量子位（ID：QbitAI），作者：白交

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