LHC poszukuje wielu nowych cząstek, spośród których najsłynniejsza jest cząstka Higgsa. Jej odkrycie mogłoby potwierdzić teorię, która pojawiła się w latach 60-tych XX wieku, zawierającą mechanizm nadający masę wszystkim cząstkom Modelu Standardowego. Korzystając z zasad symetrii można udowodnić, że wszystkie cząstki natychmiast po Wielkim Wybuchu były bezmasowe. Wspominana teoria stwierdza, że lepki ośrodek, nazywany polem Higgsa, wypełnił Wszechświat jedną bilionową część sekundy po Wielkim Wybuchu. Od tego czasu cząstki posiadają masy różne od zera: im silniej oddziałują z tym ośrodkiem, a więc - im większą mają masę, tym więcej siły potrzeba, aby przyspieszyć je w tym ośrodku. Aby udowodnić istnienie pola Higgsa, musi ono być w pewien sposób wzbudzone, w sposób podobny do tworzenia się wirów w gazach lub cieczach. Te "wiry" są właśnie kwantami wzbudzeń pola Higgsa i są nazywane cząstkami Higgsa. Są masywne i żyją niezwykle krótko, zatem mogą być znalezione tylko przez obserwacje produktów ich rozpadów. To, na jakie cząstki może rozpadać się cząstka Higgsa, zależy głównie od jej masy. Jej wartość pozostaje jednakże nieznana, dlatego fizycy szukają różnych sygnałów, które należą do wszelkich możliwych sposobów rozpadu cząstki Higgsa. Na poniższym diagramie, opartym na przewidywaniach teoretycznych, przedstawione są prawdopodobieństwa najważniejszych procesów rozpadu cząstki Higgsa (oś y). Wpływ masy cząstki Higgsa (oś x) na te prawdopodobieństwa jest oczywisty.



Zwróćmy uwagę na niebieską, przerywaną linię (opisaną jako WW). Z jej przebiegu wynika, że jeśli masa Higgsa wynosi przynajmniej 140 GeV/c2, będzie on najczęściej rozpadał się na dwie cząstki W. Ponieważ cząstka Higgsa jest elektrycznie obojętna, produkty rozpadu muszą mieć przeciwne znaki ładunku elektrycznego.

Pojawia się jednak nowy problem: rozpad cząstki Higgsa na dwa bozony W wygląda bardzo podobnie do produkcji takiej pary cząstek. Ten proces jest dozwolony przez Model Standardowy i nie ma nic wspólnego z cząstką Higgsa (jak widać na prawym diagramie Feynmana poniżej). Co gorsza taka produkcja WW bez udziału cząstki Higgsa jest znacznie częstsza od przewidywanej dla rozpadu cząstki Higgsa (4-10 razy, w zależności od masy cząstki Higgsa). W jaki więc sposób można rozróżnić te procesy? Nie da się tego zrobić poprzez samo oglądanie przypadków! Do rozróżnienia tych procesów konieczne jest użycie dodatkowych wielkości fizycznych (z którymi musimy zapoznać się, by wiedzieć, jak z nich skorzystać). Taką procedurę fizycy nazywają zwiększeniem stosunku sygnału do tła.

Zamierzamy wyspecjalizować się w szukaniu rozpadów cząstki Higgsa. Oba powstające w nim bozony W rozpadają się dalej zgodnie z prawami Modelu Standardowego. Każdy z nich rozpada się na parę kwark-antykwark lub lepton-antylepton. My wybierzemy tylko te sposoby rozpadu, w których oba bozony W rozpadają się na parę lepton-antylepton, z wyłączeniem taonów (ze względu na trudności z ich identyfikacją). Fizycy określają takie rozpady jako: H→WW→lνlν lub w skrócie WW→lνlν , gdzie l oznacza elektron, mion, pozyton lub anymion, a ν oznacza neutrino.

Dla zwiększenia stosunku sygnału do tła przy danym sposobie rozpadu skoncentrujemy się na wartości kąta pomiędzy naszymi dwoma leptonami w płaszczyźnie prostopadłej do wiązki. Ten kąt nazywamy kątem otwarcia (rozlotu). Po uwzględnieniu zależności związanych ze spinem (własnym momentem pędu) wyprodukowanych cząstek okazuje się, że w przypadkach z cząstka Higgsa kąt ten jest mniejszy od 90 stopni, podczas gdy procesy Modelu Standardowego dają pary w całym zakresie wartości, a preferowane są kąty większe od 90 stopni. Da się to bardzo dobrze przedstawić za pomocą histogramów.

Poniżej pokazane są jeszcze dwa diagramy Feynmana pokazujące produkcję i rozpad cząstki Higgsa oraz jeden przypadek tła (tutaj: powstawanie pary ciężkich kwarków szczytowych (t)).

A więc potrafimy znaleźć tę cząstkę - przejdźmy do pomiarów!

• Języki
• Start
• Mapa strony
• Autorzy
• Kontakt
• Do pobrania