Перейти к содержимому

IPB Style © Fisana

Рождение и распад хиггсовского бозона

Опубликовано: 27.08.2018

Рождение бозона Хиггса на LHC

Существует четыре основных канала рождения хиггсовского бозона в столкновении партонов из двух встречных протонов:

Рождение в слиянии глюонов : gg → H . В ультрарелятивистском протоне глюоны (с нужной кинематикой) преобладают над остальными партонами, поэтому это доминирующий канал рождения. Этот процесс оказался довольно трудным для расчета потому, что поправки высокого порядка оказались не малы , однако после нескольких лет работы они вычислены с хорошей точностью. Рождение в слиянии векторных бозонов WW → H или ZZ → H . Виртуальные векторные бозоны, излучаемые и поглощаемые кварками, можно тоже рассматривать как партоны, которых, правда, в протоне чрезвычайно мало. Тем не менее они очень сильно (гораздо сильнее, чем сами кварки) связаны с хиггсовским бозоном, поэтому сечение этого процесса всего в несколько раз меньше, чем слияние глюонов. Ассоциативное рождение вместе с W- или Z-бозоном . Этот процесс часто называют также Higgsstrahlung («тормозное излучение бозона Хиггса» — по аналогии с  bremsstrahlung , тормозным излучением фотонов). Ассоциативное рождение вместе с топ-кварками . Этот процесс можно представить себе как рождение двух топ-кварк–антикварковых пар, причем кварк и антикварк из разных пар затем сливаются, порождая хиггсовский бозон. Сечение этого процесса еще меньше, но он обладает своей специфической сигнатурой (картиной распада в детекторе), которую можно использовать для поиска хиггсовского бозона.

На графике приведены сечения рождения хиггсовского бозона в том или ином канале.

Распады хиггсовского бозона

По своей природе хиггсовский бозон должен быть связан со всеми массивными фундаментальными частицами, причем чем больше масса частиц, тем сильнее он с ними связан. Это значит, что распадаться хиггсовский бозон предпочитает на самые тяжелые пары частица-античастица, которые еще доступны по закону сохранения энергии. Кроме того, за счет петель виртуальных частиц, хиггсовский бозон оказывается связан и с безмассовыми частицами — фотонами и глюонами.

Напомним массы самых тяжелых из известных частиц: b-кварк — 5 ГэВ, W-бозон — 80 ГэВ, Z-бозон — 91 ГэВ, t-кварк — 170 ГэВ. Это значит, что хиггсовский бозон с массой, например, 120 ГэВ, будет преимущественно распадаться на пары b–анти-b, бозон с массой 250 ГэВ будет в основном распадаться на WW- и на ZZ-пары, более тяжелый бозон будет распадаться на WW-, ZZ- и t–анти-t-пары.

В этой картине любопытно то, что распад на WW-пары начинается задолго до порога. Если бы W-бозоны были стабильными, то распад H → WW был бы возможен, только если бы масса хиггсовского бозона превышала пороговое значение 2MW = 160 ГэВ. Однако из-за того, что W-бозоны нестабильны, этот процесс активно идет и «далеко под порогом», начиная с массы хиггсовского бозона около 130 ГэВ. При этом один из W-бозонов рождается виртуальным и сразу распадается.

Дополнительная литература:

Ключевые свойства хиггсовского бозона обсуждаются в книге Л. Б. Окуня « Лептоны и кварки ». Подробную информацию о рождении и распадах хиггсовского бозона в Стандартной модели см. в обзоре A. Djouadi « The Anatomy of Electro-Weak Symmetry Breaking. I: The Higgs boson in the Standard Model » // hep-ph/0503172 . S. Bolognesi, G. Bozzi, A. Di Simone. « Higgs at the LHC » // arXiv:0804.4401 .

rss