近日，欧洲核子中心（CERN）大型强子对撞机（LHC）上的ATLAS实验组在物理学顶级期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）上发表了首次发现两个Z玻色子和一个光子（ZZγ）同时产生证据的重要论文。论文标题为“Evidence of ZZγ Production with the ATLAS Detector” [1]。欧洲核子中心官方网站以“A new trio: ATLAS finds first evidence of ZZγ production”为题对此重要结果进行了专门新闻报道 [2]。郑州大学物理学院ATLAS团队在该工作中发挥了关键作用，物理学院艾小聪教授为该研究工作的主要贡献者之一，并担任合作组文章通讯作者（Contact Editor）。

在质子与质子对撞中，末态有三个规范玻色子同时产生的物理过程是研究粒子物理标准模型中电弱相互作用规范玻色子之间自耦合，以及寻找反常规范玻色子耦合方式的重要途径。ZZγ过程由于产生截面极小，此前从未在实验上被观测到。ATLAS实验组利用LHC二期运行（Run-2）的完整数据集，在4.4倍标准偏差的显著度上首次发现了这一稀有过程的证据。

在粒子物理学中，显著度达到3倍标准差称为“证据”（evidence），达到5倍标准差才称为“观测”（observation）。本次ZZγ结果以4.4倍标准偏差的显著度超越了“证据”门槛，是向最终“观测”迈出的关键一步。

本次分析使用2015至2018年间采集的质子-质子对撞数据，质心能量为13 TeV，对应积分亮度140 fb⁻¹。研究聚焦于ZZγ的全轻子衰变末态：两个Z玻色子分别衰变为电子对或缪子对，最终末态包含四个轻子和一个光子。实验共观测到8个候选事例，而本底预期仅为0.92±0.15个事例，观测（预期）显著度达到4.4倍标准偏差（4.0倍标准偏差）。测量得到的ZZγ产生截面与标准模型预测值在误差范围内一致，验证了标准模型对稀有电弱过程的精确预言能力。

图1. 实验观测到的一个ZZγ三玻色子事例

物理学院艾小聪教授为该工作的主要贡献者之一，并担任该研究工作的合作组文章通讯作者，在分析策略制定、关键本底估计和文章撰写等方面发挥了核心作用。该分析中最大的挑战是估计由强子喷注误鉴别成光子或轻子这一主要本底过程。团队发展了运用data-driven策略精确估计假光子和假轻子本底的方法，有效压低了本底估计带来的系统误差。

郑州大学于2023年6月成为ATLAS合作组成员， 物理学院ATLAS团队除了参与ATLAS物理分析，还参与了ATLAS实验上的探测器（缪子探测器）升级建造、高性能事例重建软件和算法开发等工作。继2024年发表首篇LHC对撞机实验文章（WZγ首次观测）[3]后，本次ZZγ证据的发表标志着郑州大学在LHC三玻色子物理研究方向取得了又一重要成果，进一步提升了学校在国际高能物理合作中的影响力。

【1】 Evidence of ZZγ Production with the ATLAS Detector, Phys. Rev. Lett. 137, 091804 (2026). DOI: 10.1103/jngg-1nf3

【2】 https://atlas.cern/Updates/Briefing/ZZy-first-evidence

【3】 Observation of WZγ Production in pp Collisions at sqrt{s}=13 TeV with the ATLAS Detector, Phys. Rev. Lett. 132, 021802. DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.021802