近日，欧洲核子研究中心CMS实验合作组在物理学领域顶级国际期刊《物理报告》发表了一项重要研究成果，系统总结了利用大型强子对撞机第二阶段实验数据对重共振态衰变产生希格斯玻色子的全面搜索，并对未来高亮度运行阶段的探索前景进行了预测。
在这项成果中，中国科学院高能物理研究所实验物理中心王锦课题组作出了重要贡献，包括关键分析通道的研究工作，构建联合统计分析框架和模型空间诠释，并由高能所博士后王储完成CMS国际合作组的审核报告。
希格斯玻色子自2012年在欧洲核子研究中心被发现以来，其性质与标准模型的预言高度一致。然而，科学界普遍认为标准模型并非终极理论，在更高能量尺度上仍可能存在未知的粒子或相互作用。本项研究正是面向这一科学前沿，通过寻找可能存在的重粒子衰变产生希格斯玻色子的信号，拓展人类对粒子物理基本规律的认知边界。
研究聚焦于三类具有代表性的新物理过程，分别是重粒子衰变产生两个希格斯玻色子、一个希格斯加一个矢量玻色子（例如W或Z玻色子），以及一个希格斯加另一个未知共振态粒子。若这些过程存在，将可能指向如扩展希格斯场、额外维度引力理论或重矢量玻色子等新物理模型。
研究结果表明，目前所观测到的数据整体与标准模型的预期相符，尚未发现明显的新物理迹象，如图1所示。然而，本项工作已在多个理论模型参数空间内给出了迄今最强的排除限制，涵盖了包括双希格斯双重模型、最小超对称模型、额外标量模型和重矢量玻色子模型等多个方向，为未来潜在新粒子的发现打下了坚实基础。
本研究的多个分析通道中引入了先进的机器学习技术，显著提升了对稀有信号的识别效率和分析灵敏度。
面向未来高亮度强子对撞机阶段，研究对多种关键物理过程的探测能力进行了前瞻性预测。如图2所示，随着数据量提升约二十倍，多个分析通道在广泛质量区间内的灵敏度将显著增强，有望覆盖当前难以探测的物理参数空间，进一步拓展新物理发现的边界。
该项研究工作得到了国家自然科学基金卓越研究群体项目、国家重点研发计划等项目支持。《物理报告》是物理学领域的顶级国际综述期刊，创刊于1971年，最新影响因子达23.9，代表着国际一流的研究水平和长期学术影响力。
图1：CMS合作组基于Run 2数据对X → HH过程的联合统计分析结果。图中展示了自旋为0的重共振态X在不同质量点的截面×分支比上限，实测值与标准模型背景预期高度一一致，未观察到明显偏离现象。
图2：高亮度LHC（HL-LHC，3000 fb?1）阶段下，对X → HH过程的预期灵敏度。图中展示不同子分析和联合限制能力，覆盖广泛质量区间，体现出未来对新物理过程的极强探索潜力。
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