Indhold
Når man søger efter nye partikler, er Higgs partiklen en af de mest berømte kandidater. Den ville hjælpe med at underbygge en teori, som blev fremsat i midten af 60'erne i det 20. århundrede om en mekanisme, der giver alle partiklerne i Standard Modellen deres masser. Man kan udlede fra en række symmetriegenskaber, at alle elementarpartikler var masseløse umiddelbart efter Big Bang. Teorien antager, at et "klistret" medium, som kaldes Higgs feltet, blev udbredt i hele universet en milliardendedel af et sekund efter Big Bang. Fordi der derefter skal bruges energi til at accelerere elementarpartiklerne i mediet, er deres masser forskellige fra nul. Higgs feltet kan selv exciteres, lidt som strømhvirvler i en væske. Excitationerne er kvantiserede og kvantet for Higgs feltet er Higgs partiklen. Den er tung og har en meget kort levetid. Den henfalder til andre partikler før man kan nå at detektere den. Den kan altså kun findes gennem sine henfaldsprodukter. Hvad den henfalder til kan forudsiges ud fra dens masse, men denne er ikke kendt endnu. Derfor leder fysikerne efter en række forskellige signaler, svarende til alle de forskellige henfaldsmåder for Higgs partiklen. I diagrammet nedenfor, som er baseret på teoretiske beregninger og indeholder nye resultater fra ATLAS og CMS, vises brøkdelen (på y-aksen) af de vigtigste henfaldsprocesser af Higgs partiklen. Desuden kan man se skraverede områder på diagrammet. Disse områder af teoretisk mulige værdier for Higgs massen er enten blevet ekskluderet efter analyser fra ATLAS of CMS ved LHC (med 95 % konfidens) eller blev allerede ekskluderet af LHC’s forgænger, LEP collideren, for 10 år siden. Indflydelsen af Higgs massen (x aksen) på disse brøkdele er også tydelig.
Læg mærke til den blå, stiplede linie (mærket WW). Da det er umuligt at bevise eksistensen af Higgs partiklen ved at observere en exces af begivenheder med par af bottom og antibottom kvarker (på grund af den store baggrund), fortæller linien os, at henfald af Higgs partiklen til to W partikler er den bedst målbare henfaldsmåde i hele det endnu tilladte masseområde. Disse W’er har modsat elektrisk ladning, idet Higgs partiklen er elektrisk neutral.
Her er problemet: Hvis en Higgs partikel henfalder til to W’er vil det ligne produktionen af to W’er med modsat elektrisk ladning. Denne produktionsproces er tilladt i Standard Modellen uden at det har noget at gøre med Higgs produktion (se det højre Feyman diagram nedenfor). Og det bliver værre endnu: Den sidste proces (produktion af to W’er uden medvirken af Higgs) er langt hyppigere (afhængigt af massen 4 - 10 gange). Men hvordan kan man så skelne mellem de to processer? Blot ved at se på event displays kan man ikke! Men ved hjælp af yderligere størrelser (som man skal lære at kende for at se hvordan det virker) kan man øge evnen til at skelne mellem de to processer. Partikelfysikere kalder det at øge forholdet mellem signal og baggrund.
Vi vil endda specialisere os i at lede efter Higgs der henfalder til WW. De to W’er henfalder uafhængigt af hinanden, idet de følger lovene fra Standard Modellen. En enkelt W kan henfalde til et par af kvark og antikvark eller lepton og antilepton. Vi ser på de tilfælde hvor begge W partikler henfalder til en lepton og en antilepton, dog ikke tau-leptoner på grund af at de er komplicerede at identificere. Fysikere kalder denne henfaldsmåde for H→WW→lνlν (eller kort: WW→lνlν), hvor l står for en elektron, myon, positron eller antimyon.
For at forøge signal til baggrundsforholdet i den valgte henfaldsmåde vil vi koncentreres os om vinklen mellem vores to detekterbare leptoner i planen vinkelret på beamrøret. Ved at tage hensyn til spinnene af de producerede partikler kan man vise at Higgs begivenheder hovedsageligt findes ved vinkler mindre end 90 grader, mens Standard Model WW begivenheder forekommer i alle vinkler og mest ved vinkler større end 90 grader. Det kan også vises i histogrammer.
Og nu kan du finde denne partikel - lad os komme i gang med målingen!