近日，欧洲核子研究中心（CERN）大型强子对撞机（LHC）上的ATLAS与CMS国际合作组联合发布了一项关于希格斯玻色子对（HH）产生过程的重要测量结果。该研究以“Combination of ATLAS and CMS searches for Higgs boson pair production at 13 TeV”为题，发表于国际顶级物理学期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters），并被选为“编辑推荐”（Editors’ Suggestion）论文。南京大学物理学院的ATLAS团队特别是张瑞副教授在该项研究中作出了主导关键性贡献。

希格斯玻色子发现之后，寻找并测量希格斯粒子之间的自耦合，是对撞机实验上研究希格斯场势能结构的唯一途径，对最终理解电弱对称性破缺机制、探索宇宙早期演化至关重要，也被视为希格斯物理研究的下一座里程碑。双希格斯粒子产生过程，则是直接测量该自耦合最灵敏的探针。正因其重要意义，该课题在由王贻芳院士领导的国家自然科学基金“高能量前沿粒子物理联合研究”卓越研究群体（原基础科学中心）项目中，被列为最重要的物理目标。该研究群体由中国科学院高能物理研究所、南京大学和北京大学参加，南京大学金山教授是该项目的骨干成员并担任项目中ATLAS实验物理研究的负责人。

由于希格斯粒子对产生率极低，且衰变道很多，该项研究对实验测量和数据分析提出了极高要求。为了提高分析的灵敏度，在卓越群体项目的建议书中，特别强调了联合分析，包括ATLAS单个实验多衰变道的联合分析和ATLAS与CMS实验的联合分析，是实验上尽快发现希格斯粒子自耦合效应的核心关键。在此项目中，南京大学、高能所和北京大学的ATLAS和CMS团队在对双希格斯粒子测量研究提前布局投入众多研究骨干和计算资源。

在此次测量中，ATLAS与CMS实验利用了Run 2期间采集的全部质子-质子对撞数据，通过对双底夸克末态、多轻子末态等多个衰变通道的联合分析，在95%置信度下将希格斯玻色子对产生的实验观测上限设置为标准模型预言截面的2.5倍，测得的信号约为理论预言的0.8 (^+0.9_-0.7)倍，是迄今该过程最精确的测量结果，并限制了希格斯自耦合强度的范围是标准模型预言值的-0.71到6.1倍，对标准模型的检验达到了前所未有的精度。

图1：（左）95%置信度水平下总HH信号强度的上限。（右）希格斯自耦合的似然函数曲线。最低点对应数据最佳拟合值，与水平虚线的交点给出允许的置信区间。

在此次ATLAS与CMS的联合分析中，南京大学物理学院ATLAS团队发挥了主导关键作用。张瑞副教授担任了ATLAS和CMS联合分析组的负责人之一（ATLAS和CMS实验各两名负责人），他主导了联合分析框架开发工作，并协调了三十多人的联合分析团队，是确保这一大型国际合作顺利完成的关键角色。南京大学ATLAS团队中张雷教授的博士研究生蔡以周和车轶旻和金山教授的博士生张翼翔等完成了关键的物理分析、关联研究和ATLAS与CMS不同分析框架结果互相检查的工作，并在团队中承担了内部文档编辑、合作组批准报告等核心贡献。张瑞副教授指导博士后Ngoc Khanh Vu亦参与了拟合研究。

此次联合研究也汇聚了国内多所高校的强大合力：除卓越研究群体的三个单位外，上海交通大学李政道研究所、中国科学技术大学、复旦大学、山东大学、中山大学等单位的科研人员，也在物理分析和数据处理等方面发挥了重要作用。

       论文链接：http://Phys. Rev. Lett. 137, 131803, DOI: https://doi.org/10.1103/27s7-2frt