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其中最有趣的是一个希格斯玻色子与一个W玻色子或者与一个Z玻色子一起形成的过程,以及一个希格斯玻色子因一对W玻色子或一对Z玻色子的湮灭而形成的过程。
于是就有必要考虑不同的衰变模式。
在我们探索的范围内,从115~1000GeV,希格斯玻色子可以分解成W玻色子对和Z玻色子对。
我们称之为两个衰变通道,这在所有的研究中都存在。
在350GeV以上,衰变成成对的顶夸克也是可能的,但这需要一个极其罕见和困难的过程来检测。
另一方面,在160GeV以下,会非常罕见地衰变为两个光子,并形成成对费米子:陶子和b夸克喷注(也被称为“底夸克”
或“美夸克”
)。
对于每一个特征,都必须考虑大量的辅助通道。
例如,要研究希格斯粒子衰变成一对Z玻色子,我们可以有很多不同的组合,这取决于两个Z玻色子的衰变模式。
回想一下,不仅希格斯粒子,W和Z玻色子也是不稳定的粒子,它们会立即分解成其他粒子。
首先我们研究的案例之一Z玻色子可以衰变为两个μ子和另两个μ子,然后我们在第二个衰变的两个电子,或两个陶子,或两个中微子,或b夸克喷注中寻找。
接着我们继续这种情况,第一个衰变成两个电子,第二个衰变成两个μ子,然后变成两个电子,等等。
简而言之,要用这种方式回到希格斯粒子,就像“中国盒子”
[23]一样,有必要识别其衰变产物的衰变产物。
一旦为给定的质量区域选择了特定的通道,就要寻找与玻色子存在相匹配的信号。
这项研究从希格斯玻色子不存在的假设出发,并试图排除它的存在。
如果在某个区域中未能做到这一点,则这是该物质以特定质量存在的第一个迹象。
如果希格斯玻色子存在并且恰好具有那样的质量,那么要把寻找的信号特征相一致的事件数量与应该观测到的事件数量进行比较。
因此,一个点接一个点,一个通道接一个通道,整个地区都被探索了。
收集5fb-1之前进行的所有模拟都告诉我们,有了这些数据,我们将有足够的灵敏度看到或排除115到数百GeV的希格斯玻色子。
如前所述,115~150GeV之间的区域最复杂。
如果希格斯玻色子隐藏在那里,最多只能观测到微弱的信号,这些信号很可能与背景交叉。
我们必须把我们的力量集中在那个区域,不断努力改进分析,以利用所有可获得的衰减通道。
那里最重要的通道是所谓的玻色子,也就是希格斯粒子衰变成一对光子,W或Z玻色子的通道。
对于一对W玻色子,识别相对简单,因为探测器可以识别出来自W玻色子衰变的电子和高能μ子的存在。
问题是,还有许多与希格斯玻色子无关的其他过程,希格斯玻色子也会产生高能轻子对,它们隐藏了信号:将希格斯信号与W玻色子对产生的背景区别开来是一项非常复杂的工作。
此外,对于这个通道,质量分辨率非常差。
事实上,在W玻色子的轻子衰变过程中,会出现中微子,这些中微子对探测器来说是不可见的,它们逃逸并带走了衰变过程中的部分能量,因此,粒子的原始质量只能间接和近似地评估。
总之,W玻色子对的衰变可能暗示了一些事情正在发生,但它不能为我们提供希格斯粒子存在的决定性证据。
为了确保找到希格斯粒子,信号必须出现在高分辨率的两个玻色子频道:两个光子的衰变和Z玻色子对中的一个衰变。
大量的事件集中在定义明确的区域中,这些通道能够通过峰值的出现识别在质量分布中玻色子的存在。
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