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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。
希格斯粒子衰变为光子产生了壮观的事件。
这两个高能光子在垂直于粒子束射线的平面上以相反的方向发射,很容易识别。
紧凑渺子线圈量热计的分辨率很高,可以很好地测量它们的能量。
如果它们来自希格斯玻色子,它们可以让你以1%~2%的精确度来确定粒子的质量,所有的信号累积起来形成一个极小的事件峰值。
不幸的是,即使在这种情况下,也有其他现象产生的事件与我们正在寻找的事件相同,并且隐藏了信号。
构成背景噪声的事件比由希格斯玻色子引起的事件要多得多,它们的质量分布却非常不同。
它们不形成峰,但以一种有规律的方式分布在各处,数量随着质量的增加而迅速减少。
寻找希格斯玻色子意味着知道如何很好地测量这种背景分布,这样我们就可以确定我们正在寻找的峰值产生的每一个微小驼峰。
希格斯粒子衰变成Z玻色子对也产生了美妙的事件。
在这种情况下,我们记录的数据中只有四个轻子出现。
每个Z实际上会衰变成一对电子或介子,所以有三种不同的组合:四个电子,四个介子或两个电子和两个介子。
用紧凑渺子线圈测量电子和介子的分辨率惊人。
在这些事件中没有中微子,所有的能量都以1%~2%的精确度重建。
换句话说,四个轻子所来自的希格斯玻色子的质量可以极其精确地重建出来,即使在这种情况下,玻色子的存在也会在质量分布中表现为一个峰值。
与衰变成两个光子的情况相反,这里的背景噪声非常低。
在标准模型中,很少有低于150GeV的事件产生四个轻子。
不幸的是,由希格斯粒子引起的事件非常罕见。
在2011年收集的所有统计数据中,我们预计只有两到三件是相关的:我们必须小心,不要失去任何一件相关事件,因为即使一项事件也可能产生影响。
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