欧洲核子研究中心 候选hh→2017年ATLAS数据中的ɣɣbb事件
带电粒子轨迹显示为绿色，两个光子显示为青色塔，两个b喷流显示为红色锥体
信用:欧洲核子研究中心 自从希格斯玻色子在2012年被发现以来，大型强子对撞机(LHC)的科学家们一直在研究这种非常特殊的粒子的特性，以及它与基本粒子质量产生的基本机制之间的关系
一个有待实验验证的特性是希格斯玻色子是否能够自我耦合，这就是所谓的自耦合
这种相互作用将有助于在LHC高能质子-质子碰撞中产生一对希格斯玻色子，这在标准模型中是极其罕见的过程，比产生一个希格斯玻色子要罕见1000多倍。测量希格斯玻色子的自耦合，如果与预测值不同，将会产生重要的后果；宇宙可能会转变成较低能量的状态，支配物质相互作用的定律可能会呈现出非常不同的形状
在正在进行的德莫里昂会议上，阿特拉斯合作提出了一项进一步探索这个问题的研究结果
阿特拉斯物理学家寻找可能存在于LHC碰撞中的两个密切相关的希格斯对产生过程，尽管其中只有一个过程与希格斯玻色子自耦合有关，并且当希格斯对的总质量较低时，有利于希格斯对的产生
这两个过程在量子力学上相互干扰，并抑制了标准模型中希格斯玻色子对的产生
如果一种新的物理现象在起作用，它可能会改变希格斯玻色子的自耦合，阿特拉斯可能会看到比预期更多的希格斯玻色子对——或者用粒子物理学的说法，测量更高的横截面
在他们的新研究中，ATLAS物理学家开发了新的分析技术来寻找罕见的过程，其中两个希格斯玻色子中的一个衰变为两个光子，另一个衰变为两个底夸克(HH → ɣɣbb)
首先，他们将质子-质子碰撞事件分为低质量区和高质量区，以优化对希格斯玻色子自耦合的灵敏度
然后，使用机器学习算法，他们把看起来像HH → ɣɣbb过程的事件和不像HH →过程的事件分开
最后，他们确定了希格斯对产生的横截面，并观察了它是如何随着希格斯玻色子自耦合与其标准模型值之比而变化的
这使得ATLAS能够将希格斯玻色子的自耦合限制在–1
5和6
7倍的标准模型预测，以及希格斯对产生截面
希格斯玻色子自耦合的结果是同一希格斯对衰变通道中先前ATLAS结果的两倍多
尽管这一结果为希格斯玻色子自耦合的大小设定了世界上最好的约束，但这项工作才刚刚开始
这是对未来的预测，因为如果希格斯玻色子的自耦合接近其标准模型的预测，观察它将需要更多的数据
观测希格斯玻色子自耦合的确是高亮度LHC (HL-LHC)计划的存在理由之一，该计划是对计划于2020年代末开始运行的LHC的升级
HL-LHC预计将提供比本次分析中使用的数据集大20倍以上的数据集，并以更高的碰撞能量运行
如果希格斯对的产生如标准模型所预测的那样，那么它应该在这个巨大的数据集中被观察到，并且将对希格斯玻色子与其自身的耦合强度做出更定量的陈述
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