International Physics Masterclasses

Higgs-bosonet

Higgs-bosonet var den siste partikkelen i Standardmodellen (SM) som ble eksperimentelt bekreftet. I juli 2012 annonserte ATLAS- og CMS-eksperimentene ved CERN oppdagelsen av et nytt boson med en masse på rundt 125 GeV som kunne være det etterlengtede Higgs-bosonet.

Standardmodellen sier ikke hvor tungt Higgs-bosonet er, men for en gitt Higgs-masse, forutsier den hvor ofte Higgs-bosonet blir produsert i kollisjoner mellom partikler og hvordan det henfaller til kjente partikler. Diagrammet under oppsummerer hvor ofte et 125 GeV tungt Higgs-boson henfaller til forskjellige kjente partikler.

Et slikt Higgs-boson er veldig tungt, til og med tyngre enn Z-bosonet som du møtte tidligere, og har en veldig kort levetid. Det medfører at det kun kan reise en veldig kort avstand før det henfaller. Derfor har vi ingen mulighet til å direkte observere det i hverken ATLAS-detektoren eller noen annen partikkeldetektor.

Higgs-bosonet kan produseres i proton-proton-kollisjoner med høy energi ved LHC. ATLAS og CMS-detektorene har observert henfall til (i) to Z-bosoner, som igjen henfaller til to par med ladde leptoner, (ii) to fotoner og (iii) to W-bosoner, som igjen henfaller til to ladde leptoner og to nøytrinoer. Henfall av Higgs-bosonet til par av tau-leptoner har også nylig blitt observert.

I dette Z-sporet vil du få muligheten til å søke etter Higgs-henfallene (i) og (ii) som beskrevet over og delvis etterligne hva fysikerne ved ATLAS gjorde.

Vi snakker i dag vanligvis om partikkelen som ble oppdaget av ATLAS og CMS i 2012 som "Higgs-bosonet". Flere egenskaper, som for eksempel egenspinnet, har blitt målt og er i overensstemmelse med Standardmodellens forutsigelser. Henfall av Higgs-bosonet til tau-leptoner har blitt observert, men bosonets henfall til bunn-kvarker er foreløpig ikke bekreftet.

Hvorfor er det slik at "sjeldne" henfall som H→γγ (med 0.2% sannsynlighet) blir observert, men ikke de "vanlige" henfallene H→bb̅ (med 57% sannsynlighet)? Det siste henfallet leder til to skurer av partikler som er veldig vanskelige å separere fra den tallrike produksjonen av vanlige skurer, de som kommer fra den sterkeste av alle vekselvirkninger - den sterke kraften.

Kanskje kan man studere slike Higgs-henfall i fremtidige Masterclasses, men for nå ønsker vi deg lykke til med ditt søk etter Higgs-bosonet i henfall til ZZ og γγ.

Er det ikke utrolig at du har anledning til å analysere data som ble brukt til å oppdage Higgs-bosonet?

Følg denne linken dersom du vil vite mer om Higgs-bosonet. I Standardmodellen er det Higgs-feltet som gir partiklene masse, og dets tilhørende partikkel er Higgs-bosonet, som har spinn 0. Det er denne vi har lett etter ved LHC!