北京大学高能物理实验组团队近期在玻色子散射领域取得了一批重要进展：主导完成了同电荷W玻色子极化散射的世界首次测量(CMS-PAS-SMP-20-006); 首次在5倍标准偏差水平观测到了W和光子的散射(CMS-PAS-SMP-19-008)。这两项工作在两年一度的国际高能物理大会ICHEP2020上作为对撞机物理的亮点得到展示。如下图所示，CMS国际合作组发言人Roberto Carlin在8月3日ICHEP2020的大会报告上特别展示了这些最新结果。
与无质量光子不同，弱相互作用媒介即W和Z玻色子吸收了Higgs分量从而变得有质量。由此，W、Z玻色子的纵向分量与Higgs密切相关：在LHC之前，通过对玻色子散射的幺正性分析，可以得到Higgs的质量必须在TeV之下，从而为LHC在TeV能级运行提供了物理动机;在Higgs粒子发现之后，通过探索高能区域的极化玻色子散射可以验证Higgs的幺正机制。对极化散射的探测，是大型强子对撞机最重要的物理目标之一。例如，美国著名理论物理学家，Sakurai奖获得者，费米实验室Chirs Quigg在他的文章“dream machines”中，将该课题列为Higgs粒子发现之后深入理解电弱对称破缺机制的十大关键问题之一。
北京大学高能物理实验组此次主导完成了同电荷W玻色子极化散射的世界首次测量，同时考虑了螺旋度本征态定义在同电荷W玻色子质心系与部分子对撞质心系下的极化分量。
当考虑同电荷W玻色子质心系时，利用CMS实验在2016-2018收集的137/fb的13TeV对撞数据，给出单纵向W玻色子极化散射的观测(预期)敏感度为2.3(3.1)倍标准偏差。同时，也对双纵向散射分量截面给予了限制。如图所示，测量结果为0.32+0.42-0.40fb，理论预言结果为0.44+-0.05fb。
此前，北大高能组应用深度学习技术对极化玻色子散射进行了研究。文章发表于Phys. Rev. D 99, 033004 (2019)及Phys. Rev. D 100, 116010 (2019)。相比传统结果，有效提升了观测敏感度。
在这批工作中，北大高能组肖杰、黄迁明、卢梦、李俊昊等同学，以及冒亚军教授、班勇教授、李强长聘副教授等作出了主要贡献。值得提出的是，北大高能物理CMS组近年在多玻色子领域做出了一系列有显示度的工作，包括LHC上第一个三规范玻色子测量[PRD 90, 032008 (2014)], 第一批矢量玻色子融合、散射工作的提出及完成[JHEP 11 (2016) 147;JHEP 06 (2017) 106; Phys. Lett. B 770 (2017) 380; JHEP 06 (2020) 076];首次在5倍标准偏差水平观测到了W和光子的散射(CMS-PAS-SMP-19-008);第一批多玻色子共振态的寻找[JHEP 08 (2014) 174;EPJC 76 (2016) 237;JHEP 05 (2018) 088]。这些工作得到国家自然科学基金委，科技部、北京大学、中国科学院及各兄弟院校的大力支持。
