Keuzecollege Hoge EnergieFysica Katholieke Universiteit ... - EHEF

Vervalskanaal Vertakkingsverhouding Topologie in detector
H → τ + τ –
7 % 2 jets of geïsoleerde leptonen
en missende energie
H → gg
2 % 2 gluon jets
Het laatste proces heeft enige toelichting nodig. Het gluon is massaloos en koppelt helemaal niet
direct aan het Higgs veld en het Higgs boson kan dus ook helemaal niet naar twee gluonen vervallen!
Dit gebeurt echter toch. Wat hier gebeurt is dat een hogere orde proces een aanzienlijke waarschijnlijkheid
krijgt. Het dominante Feynmandiagram voor dit verval is:
g
H
t
De koppeling tussen het Higgs boson en de gluonen wordt door het top quark verzorgd. De koppeling
van het Higgs aan de top is erg groot door de grote top quark massa. De koppeling tussen de
top quarks en de gluonen is gegeven door de sterke koppelingsconstante die ook heel groot is. Verder
zijn er een flink aantal combinaties mogelijk van de kleurconfiguratie en wordt de vervalsbreedte
met deze combinatorische factor vermenigvuldigd. De vervalsbreedte wordt nog enigzins gedempt
door de drie top quark propagatoren die flink van de massaschil moeten afwijken, maar deze demping
wordt beperkt voor de relatief grote totale vervalsbreedte van het top quark, van de orde van 1
GeV. Al met al speelt dit diagram een rol op het procentniveau van de totale vervalsbreedte van het
Higgs boson, ondanks het feit dat ten opzichte van een puntkoppeling van het Higgs aan een paar
fermionen er twee extra vertices en drie extra propagatoren zijn.
Gegeven de dominante bijdrage van ZH productie aan de totale Higgs boson productie bij LEP,
wordt er dus vooral gezocht naar de volgende eindtoestand topologieën:
1) qqbb: vier jets, waarvan twee van b quarks
2) qq ττ : twee jets en twee tau-leptonen
3) llbb: twee electronen of muonen en twee b quark jets
4) ττ bb: twee b quark jets en twee tau leptonen
5) νν bb: twee b quark jets een een grote missende energie en impuls
Andere eindtoestandcombinaties vormen nog slechts minder dan 5% van alle mogelijke gevallen.
Het feit dat b quark jets apart zijn genoemd is omdat bij LEP jets die door een b quark geïnitieerd
zijn kunnen worden herkend, omdat die jets altijd een hadron met een b quark bevatten. Hadronen
met b quarks leven relatief lang en vervallen met hoge multipliciteit in geladen sporen (gemiddeld
5.5). Het punt waar het b hadron vervalt kan worden gerconstrueerd door te kijken waar de sporen
van de vervalsproducten elkaar snijden. Dit punt heet de secondaire vertex, dit is het punt waar het b
hadron vervalt. Uit sporen die ontstaan uit fragmentatie en hadronisatie van de quarks in jets kan een
primaire vertex worden gereconstrueerd, het punt waar de reactie tussen electron en positron plaats
vond. De afstand tussen de primaire en secondaire vertex wordt gemiddeld gegeven door de levensduur
van het b hadron in laboratorium systeem, ofwel door de eigen levensduur van het b hadron
maal de Lorentz boost in het laboratoriumsysteem.
In LEP worden niet veel achtergrond gebeurtenissen, dat wil zeggen gebeurtenissen zonder een
Higgs, geproduceerd die erg op de gebeurtenissen met een Higgs verval lijken. De achtergronden
g
100 Collegedictaat Hoge Energiefysica