近日，欧洲核子中心（CERN）大型强子对撞机（LHC）上的ATLAS实验组在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上发表了以6.3倍标准差的高显著度首次观测到W、Z、𝛾三个不同的规范玻色子同时产生的重要论文[1]。论文标题为“Observation of WZγ Production in pp Collisions at sqrt{s}=13 TeV with the ATLAS Detector” 。欧洲核子中心官方网站对此重要结果进行了新闻报道[2]。论文主要由郑州大学和德国电子同步加速器研究所（DESY）、英国剑桥大学卡文迪许实验室（Cavendish Laboratory, Univerisity of Cambridge)、 德国弗赖堡大学（University of Freiburg）合作完成，其中我校物理学院ATLAS团队在该工作中起到了最为关键的作用。物理学院艾小聪教授同时担任该研究工作的分析组负责人和合作组文章通讯作者，承担了Monte Carlo样本检查、事例选择、关键本底分析、系统误差分析、统计分析等大部分核心研究任务。艾小聪教授为该项研究在ATLAS合作组内部作了所有不同阶段的审核报告，以及完成文章手稿的撰写和修改。

在质子与质子对撞中，末态有三个玻色子（tri-boson）产生的物理过程（即V𝛾𝛾, VV𝛾, VVV, V=W 或 Z) 是研究粒子物理标准模型（Standard Model, SM) 中电弱相互作用规范玻色子之间的耦合和寻找反常的四规范玻色子耦合方式（Anomalous Quartic Gauge Coupings, AQGC）的重要方式，并且对研究W或Z玻色子伴随希格斯粒子（Higgs）产生的过程有着重要的意义。由于三玻色子过程比末态只有一个玻色子（single boson）或两个玻色子（di-boson）的过程有着更小的产生截面，且由于存在大量来自其它标准模型过程的本底，三玻色子产生一直是实验观测的难点。其中，对WZ𝛾 产生过程进行测量的最大挑战是估计由强子喷注误鉴别成轻子或光子这一主要的本底过程。艾小聪教授发展了运用data-driven策略来同时精确估计喷注鉴别成轻子和光子本底的方法，对其它重要本底过程的估计同样运用了data-driven策略，因此有效压低了本底估计所带来的系统误差。利用LHC二期运行的ATLAS数据，该项研究首次在质子与质子对撞中以6.3倍标准差的高显著度观测到WZ𝛾产生过程，并以17%的精度测量了该过程的产生截面。

图1. 标准模型中通过初态辐射(a),(c)和四玻色子耦合(b)产生WZ𝛾三玻色子过程的费曼图。

图2. 实验观测到的一个WZ𝛾三玻色子事例（末态包含一个电子、一个正电子、一个缪子和一个光子以及丢失的横能量）在x-y平面（上）和z-y平面的投影（下）。其中，红色的线显示了缪子的轨迹，绿色的线显示了电子和正电子的轨迹，白色虚线代表了丢失的横动量，在z-y平面的投影上可以看到光子在电磁量能器中沉积的能量。

目前，LHC上三玻色子产生过程的测量仍处于初期阶段。下一步，将利用WZ𝛾测量数据提取反常四玻色子耦合强度的相关系数，并将使用更大统计量的LHC三期运行数据对这个过程进行测量，进一步降低测量的统计误差，以及寻找ZZ𝛾过程产生的证据。

在我校物理学院艾小聪教授和刘义教授的带领下，郑州大学于2023年6月份成为ATLAS合作组成员，其中物理学院ATLAS团队参与了ATLAS实验上的探测器升级建造、高性能事例重建软件和算法开发以及物理分析工作。最近发表的这篇观测到WZ𝛾产生过程的文章是郑州大学发表的首篇LHC对撞机实验文章。我校一直鼓励和推动全校师生积极参与国际科学合作、开展大科学装置共同研究课题。物理学院发挥基础物理的学科优势，积极开展基于ATLAS实验的粒子物理研究，这对我校扩展国际科学合作、增强国际影响力具有重要意义。

参考：

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

[2] Three's no crowd: ATLAS measures tri-boson production, https://atlas.cern/Updates/Briefing/Tri-Boson-Production