Keuzecollege Hoge EnergieFysica Katholieke Universiteit ... - EHEF

verschillen per topologie, maar zijn in het algemeen hogere orde QCD processen (waarbij vier of
meer jets worden gemaakt), en de productie van WW en ZZ paren. De eerste groep achtergrond kan
door zorgvuldige selectie goed van de Higgs gevallen worden onderscheiden, terwijl de productie
van WW en ZZ paren een werkzame doorsnede heeft van dezelfde orde als Higgs productie en op
bepaalde punten toch anders is en dus kan worden onderscheiden.
6.3.2 Zoeken naar het Higgs boson bij het Tevatron
Het Tevatron is een machine waarin protonen en anti-protonen met gelijke energie in tegengestelde
richting worden versneld en met elkaar in botsing gebracht. Omdat (anti-)protonen bij de beschikbare
energie van het Tevatron (900-1000 GeV) geen elementaire deeltjes zijn maar zakken met
quarks en gluonen, zijn de eindtoestanden van een reactie tussen een proton en anti-proton in het
Tevatron exprimenteel rommelig. In de interessante gebeurtenissen is er een harde, diep inelastische,
verstrooiing tussen een (anti-)quark of gluon in het proton met een (anti-)quark of gluon in het antiproton.
De resterende partonen ((anti-)quarks en gluonen) in zowel het proton als anti-proton geven
jets in de richting van de bundel, waar de experimenten noodzakelijkerwijs gaten hebben om de bundel
binnen te laten. De meeste deeltjes tengevolge van de resten van het proton en anti-proton die
overblijven nadat er een parton is uitgeschoten verdwijnen dus ongezien. Dit houdt in dat het behoud
van impuls langs de richting van de inkomende bundel (vaak de z-richting gekozen in experimenten)
niet kan worden gebruikt. Verder is er nog een kleurveld tussen de resten van het (anti-)proton en het
uitgeschoten parton, zodat er ook een activiteit van lage energie deeltjes tussen de bundelpijp en de
jets in de detector is.
In hadron botsers zijn er twee dominante manieren om Higgs bosonen te maken. Er kan een virtueel
Z of W boson worden gemaakt dat in een Higgs en een Z of W op de massaschil vervalt. Dit is net als
bij LEP2. Het virtuele W of Z boson wordt hier echter over het algemeen gemaakt door annihilatie
van een quark met een anti-quark. De andere mogelijkheid die de grootste werkzame doorsnede
heeft voor Higgs boson productie is de fusie van twee gluonen (het verval van het Higgs in twee
gluonen in tijdomgekeerde richting.)
Als het Higgs boson door de fusie van twee gluonen wordt gemaakt en vervolgens in een paar b
quark jets of een paar tau-leptonen vervalt is de achtergrondsituatie desastreus. De productie van
gebeurtenissen met twee quark jets in de eindtoestand is bij het Tevatron zo groot dat noodzakelijkerwijs
al een groot deel van deze gebeurtenissen niet kan worden opgeslagen op computermedia en dus
maar meteen worden weggegooid. De efficiëntie voor dit soort Higgs gebeurtenissen is dusdanig dat
het observeren van deze gevallen hopeloos is.
Meer kans biedt het verval van een virtuele W of Z in een Higgs boson. In dit geval is er ook een W
of Z boson op de massaschil in de eindtoestand. Door het leptonisch verval van het W of Z boson is
de gebeurtenis nu makkelijk te herkennen. Het geïsoleerde lepton en neutrino van de W veroorzaken
een duidelijk signaal in de detector. Ook de twee geïsoleerde geladen leptonen van Z verval zijn
makkelijk te herkennen. Helaas is de werkzame doorsnede voor dit soort Higgs productie niet zo
hoog en wordt de zaak verder verslechterd doordat alleen de leptonische vervallen van het W en Z
boson in electronen en muonen uitkomst bieden en dit maar 20 % en 6.7 % is respectievelijk.
Dit is de reden dat het Tevatron tot nu toe nog geen rol heeft gespeeld in de zoektocht naar de Higgs,
vooral omdat de geïntegreerde luminositeit tot nu te laag was. Worden eenmaal genoeg gebeurtenissen
geproduceerd, dat wil zeggen is de geïntegreerde luminositeit groot genoeg, dan is wel onmiddelijk
het bereik in Higgs massa vrij groot, groter dan dat van LEP. Op het moment wordt hard
gwerkt aan een verbetering van het Tevatron die dit moet gaan waarmaken. Ook de Tevatron detectoren,
CDF en DØ, worden verbeterd om een maximale detectieëfficiëntie voor Higgs gevallen te
bereiken.
Collegedictaat Hoge Energiefysica 101