利用双玻色子产物来寻找Higgs及超出标准模型的新物理

The Large Hadron Collider (LHC) at CERN is the most powerful hadron collider around the world. Physicists use the LHC to recreate conditions just after the Big Bang by colliding two proton beams head-on at very high energy， and try to address fundamental questions by studying the properties and interactions of elementary particles with high precision at energy frontier， by searching for Higgs boson (the origin of Mass through Higgs mechanism), other new particles and phenomena beyond the Standard Model.The LHC is a gigantic flag-ship scientific project in particle physics, active participation of Chinese scientists could help to improve our understanding about the fundamental laws of nature, and our efforts to probe the unknown world..In this proposal, SJTU ATLAS group will focus on searching for the SM Higgs boson, precision measurment of Diboson production cross sections，search for SUSY particles through Diboson production and probing new physics beyond the Standard Model through anomalous triple-gauge-boson couplings etc. The proposed research project will lead breakthrough our understanding of the electroweak symmetry breaking mechanism.

欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)是目前世界上能量最高的强子对撞机。利用高能质子-质子对撞来模拟宇宙大爆炸初期的高温高能状态，在高能量前沿研究基本粒子的特性及相互作用、精确检验粒子物理的标准模型理论、寻找超出标准模型理论的新粒子及新物理现象、探索粒子质量的起源等等一系列最基本的问题。这是当今世界最令人瞩目的大型粒子物理实验，中国科学家积极参与这项大科学实验研究将有助于提升人类对自然界基本规律的认识和在探测未知世界领域所作出的努力和贡献。.本计划书提出用ATLAS国际合作组的实验数据来寻找标准模型预言的关键粒子Higgs玻色子；精确测量双玻色子的产生截面；通过研究双玻色子产物来寻找超对称性理论预言的粒子，以及测量三规范玻色子反常耦合来探索超出标准模型理论的新物理现象等课题。这些研究将导致关于电弱相互作用对称性破缺机制的重大突破。上海交大组将以这些课题作为主要研究方向。

在2012年CERN的LHC实验发现希格斯粒子后，本课题组在2013-2016年期间，主要开展希格斯粒子性质测量和新粒子寻找，主要研究成果如下：.2013年，课题组成员最先运用多变量分析方法- BDT来区分希格斯和ZZ本底，把H->4l衰变过程的五个运动学角度和双轻子对组成Z的不变质量等变量通过BDT方法整合为单一变量，更有效地区分希格斯信号和标准模型本底，提高希格斯自旋、宇称和耦合常数等基本属性的测量，发表2篇PLB论文。这对确认新发现的粒子是否为标准模型理论预期的希格斯玻色子至关重要，具有重大的意义。.2014年，采用BDTZZ*和M4l二维拟合希格斯的质量,发表一篇PRD论文。最先提出用单Z -> 4l轻子质量峰来刻度希格斯衰变到四轻子的不变质量谱。通过放宽和优化四个轻子的动量阈值和降低双轻子对的不变质量阈值要求，使得Z->4l的统计量显著增加四倍，提高质量谱的拟合精度，对精确测量希格斯的质量是非常重要的。专门测量了Z衰变到四轻子末态的分支比，测量结果与标准模型理论预期值一致，发表1篇PRL论文。.在2015年，根据VBF事例具有两个强子喷注的特征来训练BDTVBF方法，在ATLAS实验数据中发现一个VBF希格斯事例，与MC预期相符，发表1篇PRD。通过联合ATLAS和CMS实验组的结果，拟合得到的希格斯粒子质量为125.09 ± 0.24 GeV,测量精度好于千分之二，发表1篇PRL。结论是所有非标准模型预言的希格斯自旋和宇称组合都以超过99.9%的置信度被排除，发表1篇EPJC。.2016年，课题组用LHC Run2采集的13TeV实验数据寻找超出标准模型的新物理。课题组成员主导轻子数不守恒的双轻子末态寻找，担任该分析的负责人和论文编辑，发表1篇EPJC。2015年底，课题组成员参与高质量双光子共振态粒子的分析和寻找，主要负责光子Isolation的分析和改进，以及VH，H衰变到双光子的事例选择，优化以及系统误差的分析等，发表1篇JHEP。此外，课题组成员参与WW->lvqq高质量共振态的寻找，发表1篇JHEP。.2013-2016年期间，课题组共发表10篇论文，包括2篇PRL。在国内外报告成果16次。负责组织1次ATLAS组会，参与组织2次中国LHCP研讨会，参与组织3次暑期学校。