Warum verwenden Teilchenphysiker den h→γγh→γγh\rightarrow{\gamma\gamma}-Zerfallsmodus statt h→bb¯h→bb¯h\rightarrow{b\bar{b}}?

Ich würde sagen, dass diese Behauptung spezifisch für die aktuellen Experimente am LHC ist. Wir lassen dort Protonen kollidieren, und die Protonen bestehen aus Quarks und Gluonen – stark wechselwirkenden Stoffen. Man kann sogar sagen, dass es sie schon gibt $b$-Quarks im Proton.

Wenn also die Protonen kollidieren, erzeugt dieses stark wechselwirkende Zeug Ereignisse, die den echten ähneln$h\to b\bar{b}$Veranstaltungen. Sie müssen also einen Weg finden, um zwischen Ihren Higgs-Kandidaten (als Signalereignisse bezeichnet) und diesen stark wechselwirkenden Protonenereignissen (als QCD-Hintergrundereignisse bezeichnet) zu unterscheiden.

Denken Sie jetzt daran, dass wir es mit 0,8 Milliarden Kollisionen pro Sekunde zu tun haben . Die meisten dieser Kollisionen stammen von QCD-Hintergrundprozessen. Wir können sie unmöglich alle aufzeichnen und rekonstruieren. Aus diesem Grund haben wir Auslöser – schnelle elektronische Schaltungen, die eine Nanosekunden-schnelle grobe Rekonstruktion und Entscheidung darüber, ob ein Ereignis beibehalten werden soll, durchführen.

Außerdem hat man das Problem, dass man nie wirklich ein einzelnes Quark oder Gluon vom Wechselwirkungspunkt wegfliegen sieht. Diese stark wechselwirkenden Partikel hadronisieren und bilden Jets – Ströme von Partikelsplittern, die ungefähr in die gleiche Richtung fliegen. Sie müssen also jedes dieser Teilchen rekonstruieren, versuchen, sie isolierten Jets zuzuordnen und hoffen, zumindest einige Eigenschaften des ursprünglichen Hadrons abzuleiten. Das reduziert wirklich sowohl Ihre Energie- und Impulsauflösung als auch Ihre Signal- / Hintergrundtrennung.

Wenn es darum geht$b$-Quarks haben wir etwas Glück: Hadronen mit den$b$-Quark haben eine Lebensdauer, die signifikant genug ist, um vom Kollisionspunkt wegzufliegen und einen sekundären Scheitelpunkt zu erzeugen, den Sie bemerken können (wenn wir Glück haben) und daraus schließen können, dass der Jet wahrscheinlich ist$b$-organisiert. Solche Techniken werden als b-Tagging bezeichnet und einige der b-Tagging-Algorithmen werden sogar auf der Triggerebene implementiert.

Aber selbst mit all dem ist es immer noch fast unmöglich, das Higgs im zu sehen$b\bar{b}$channel -- überprüfen Sie das kürzlich erschienene CMS-Papier (Phys. Rev. D 92, 032008) . Die Autoren mussten auf den VBF-Produktionsmodus zurückgreifen, um sich auf einige zusätzliche Partikel verlassen zu können, beachten Sie, wie wichtig der Trigger in der Entwicklung ist und wie sie ihn immer noch kaum sehen ...

Um eine gute Massengenauigkeit unter Verwendung des Gamma-Gamma-Kanals zu erhalten, muss man die Gamma-Energie im elektromagnetischen Kalorimeter gut messen, die leicht die gesamte Energie enthalten kann. Die vier Vektoren haben Messfehler, aber keine fehlende Energie. b und b_bar zerfallen schwach zu einer Reihe von Teilchen, einschließlich Neutrinos, und die nachfolgenden Zerfälle enden auf den stabilen up-Quarks, wobei mehrere weitere Neutrinos dabei sind. Neutrinos werden nur mit Anpassungen erkannt und daher werden die Fehler bei der Definition der vier Vektoren von b und b_bar viel größer sein als die für den Gamma-Gamma-Zerfallskanal.