Identifizierung des Higgs-Bosons am LHC

In der Teilchenphysik (wie in den meisten Wissenschaften) beschäftigen wir uns selten mit der Analyse einzelner Ereignisse. Was wir betrachten, sind Verteilungen derselben Messung(en), die viele Male durchgeführt wurden. Aus der Durchführung von Anpassungen an diese Verteilungen können wir die Anzahl der „Signal“- und „Hintergrund“-Ereignisse in unserer Stichprobe ableiten.

Signal ist der Prozess, an dem wir interessiert sind. Hintergrund sind alle Ereignisse, die im Sample landen, aber kein Ergebnis des Signalprozesses sind. Häufig ist die größte Hintergrundquelle kombinatorischer Natur, dh zufällige Kombinationen von Partikeln, die am Ende wie das Signal aussehen. Andere Quellen umfassen Dinge wie falsch identifizierte oder falsch rekonstruierte Prozesse.

Wenn wir uns die unveränderliche Massenverteilung eines bestimmten Endzustands ansehen, hat das Signal oft eine spitzenartige Form. Kombinatorische Hintergründe neigen dazu, glatten breiten Formen zu folgen (wie exponentiellen oder einfachen Polynomkurven). Eine statistische Schwankung des Hintergrunds kann jedoch zu einer spitzenähnlichen Form führen. Es ist wichtig, dies nicht mit Signal zu verwechseln. Die statistische Signifikanz ist ein Maß dafür, wie unwahrscheinlich es ist, dass eine Schwankung unter Annahme der Nullhypothese zu einem Peak führt, der mindestens so groß ist wie der beobachtete. Wenn Sie glauben, etwas gefunden zu haben, ist es in der Teilchenphysik wichtig, die Bedeutung der Messung anzugeben. Der Standard für die Entdeckung ist$5\sigma$, was einer Wahrscheinlichkeit von 1 zu 1,7 Millionen entspricht.

Es ist wichtig zu beachten, dass wir nie wirklich genau sagen können, welche bestimmten Ereignisse Signal und welche Hintergrund sind. Sie können jedoch Auswahlkriterien anwenden , um die hintergrundähnlichen Ereignisse zu entfernen und hoffentlich den größten Teil des Signals beizubehalten. Diese können von einfachen Kürzungen an Variablen bis hin zum Trainieren eines komplizierten maschinellen Lernalgorithmus reichen, um Signal vom Hintergrund zu unterscheiden.

Nehmen wir das Beispiel der Suche nach dem Higgs-Boson, das in ein Photonenpaar zerfällt ($H\to\gamma\gamma$). Sie beginnen mit einer Stichprobe von aufgezeichneten Ereignissen, die zwei rekonstruierte Photonen enthalten, und wenden einige Auswahlkriterien an, um die Hintergrundereignisse herauszufiltern, die am wenigsten wahrscheinlich Higgs-Zerfälle sind. Wenn Sie die Verteilung der invarianten Masse der Photonenpaare auftragen, erhalten Sie am Ende etwas, das wie in der folgenden Abbildung aussieht:

Wir wissen a priori , dass der kombinatorische Hintergrund einer schönen glatten Form folgt, also wird dies als eine Art Polynomfunktion modelliert. Das Signal erscheint als Erhebung in der Verteilung, zentriert um die Masse des Higgs (125 GeV). Dies scheint als gegabelte Gaußsche Kristallkugelfunktion oder etwas Ähnliches modelliert zu sein.

Die Anpassung findet einen signifikanten Peak über dem Hintergrund bei der Masse des Higgs. Daraus können Sie (mit einer gewissen quantifizierbaren Unsicherheit) sagen, wie viele$H\to\gamma\gamma$zerfällt und wie viele Hintergrund$\gamma\gamma$Paare sind in den Daten enthalten, aber nicht, welche Ereignisse tatsächliche Higgs-Bosonen oder Hintergrundereignisse sind.

Ich glaube, das "Rauschen" ist einfach ein anderer Partikel-"Schutt", der beim Zertrümmern von Partikeln bei sehr hohen Energien entsteht. Wie der Link unten erklärt, gibt es mehrere verschiedene vorgeschlagene "Zerfallswege", die zu einem Higgs mit einer Masse nahe 125 GeV führen würden. Die wahrscheinlicheren dieser Zerfälle, nämlich „Bottom-Quark und Antibottom-Quark oder ein Paar W-Bosonen oder ein Paar Tau-Teilchen“, sind auch die Zerfallsrouten, die das meiste „Rauschen“ aufweisen und daher am schwierigsten tatsächlich zu erkennen sind , auch wenn sie statistisch wahrscheinlicher sind als beispielsweise das 4-Lepton.

Das mag alles sehr verwirrend klingen, aber es ist sinnvoller, wenn Sie den gesamten Artikel lesen, da die Zitate, auf die ich verweise, aus dem allerletzten Abschnitt des Artikels stammen.

http://newscenter.lbl.gov/2012/06/28/higgs-2012/

Hoffe das hat dir geholfen!