Keuzecollege Hoge EnergieFysica Katholieke Universiteit ... - EHEF

Uit de Lagrange dichtheid zien we nog dat de hyperlading van het Higgs veld moet zijn: Y φ = + 1 ,
omdat het verschil van de hyperladingen van het rechtshandig singlet en het linkshandig doublet en
het geconjungeerde Higgs doublet nul moet zijn.
KUN 12
6.3 Eigenschappen van het Higgs boson
Het Higgs boson is dus het fysische deeltje dat correspondeert met het veld ρ uit de vorige sectie.
Dit deeltje koppelt dus aan alle andere deeltjes die massa hebben. En de koppelingsconstante naar
elk fermion is evenredig met de massa van het deeltje (bij constructie). Dus we verwachten dat het
Higgs boson met grote waarschijnlijkheid geproduceerd wordt in reacties met zware deeltjes en ook
bij voorkeur vervalt naar deeltjes met grote massa.
6.3.1 Zoeken naar het Higgs boson bij LEP
De LEP versneller is een machine waarin electronen en positronen in tegengestelde richting en met
evengrote energie in het frame van de detectoren met elkaar in botsing worden gebracht. In de eerste
fase van LEP (LEP1), die van 1989 tot en met 1996 heeft geduurd is de energie van de electronen en
positronen zo gekozen dat de zwaartepuntsenergie ongeveer de massa van het Z boson was. In deze
fase resulteerde de botsing van een electron en positron in LEP heel vaak in een annihilatie van de
bundeldeeltjes om zo een Z boson te produceren. Het Z boson werd zo in rust geproduceerd. De vervalsproducten
van de Z bosonen werden op vier verschillende plaatsen gedetecteerd met vier verschillende
detectoren: ALEPH, DELPHI, L3 en OPAL.
In de tweede fase van LEP (LEP2), die in 1996 begon en in 2000 is afgesloten, is de zwaartepuntsenergie
in stapjes opgevoerd naar uiteindelijk 209 GeV. 1
De productie van Higgs bosonen bij LEP kan op twee manieren gebeuren:
e - Z
H
e +
e - ν /e + e
H
ν /e -
e
Z *
W * /Z *
W * /Z *
e +
Het linkse diagram geeft verreweg de dominante bijdrage. In geval van LEP1 is de Z die uit de annihilatie
van het electron-positron-paar wordt gemaakt op de massaschil, dat wil zeggen dat het Z
boson als invariante massa zijn rustmassa heeft. In dat geval is het Z boson in de eindtoestand virtueel
en heeft een invariante massa die kleiner is dan de rustmassa. Hoe zwaarder het Higgs boson is,
hoe kleiner de invariante massa van het Z boson in de eindtoestand kan zijn. Daardoor wordt het verschil
tussen de invariante massa en de rustmassa groter en dempt de propagator van deze Z de werkzame
doorsnede met een factor proportioneel aan:
1
-------------------------------------------------------------- . (6.29)
Q 2 2
(( – M Z ) ⁄ ( M Z Γ Z ) – 1)
De reden dat de invariante massa van het Z boson kleiner wordt en niet de invariante massa van het
Higgs boson (dat natuurlijk ook van de massaschil kan gaan), is dat de vervalsbreedte van het Higgs
boson heel klein is, typisch 1 MeV, terwijl die voor de Z heel groot is, ongeveer 2.5 GeV.
1. De hoogste effectieve energie van LEP was 206 GeV.
98 Collegedictaat Hoge Energiefysica