Wie kann ein Higgs in schwerere Produkte zerfallen als seine Masse?

Die Zerfallskanäle des Higgs-Bosons in Ihrem Diagramm enthalten auch Zerfälle in virtuelle Teilchen. Insbesondere spricht man von$ZZ^*$Und$WW^*$zerfällt auch. Das Sternchen bedeutet, dass das jeweilige Teilchen, das das Sternchen trägt, virtuell ist. Dass es virtuell ist, bedeutet, dass seine Energie und sein Schwung nicht gehorchen müssen

$$E^2-p^2c^2=m_0^2c^4$$ dh sie können "off-shell" sein, aber off-shell erfordert, dass das Partikel nicht "permanent" oder für längere Zeiträume existiert. Virtuelle Teilchen existieren möglicherweise nur für einen sehr begrenzten Zeitraum, der noch kürzer ist, wenn die Teilchen "sehr außerhalb der Schale" sind.

Da sich eines der Teilchen außerhalb der Schale befindet, kann seine Energie sehr klein sein, sogar so klein wie Null (oder leicht negativ), sodass die Gesamtenergie des Paares mit einem realen Teilchen und einem virtuellen Teilchen "knapp über" liegen kann Ruhemasse des W-Bosons oder Z-Bosons, damit der Zerfall hinreichend wahrscheinlich ist.

Die virtuellen W-Bosonen und Z-Bosonen zerfallen dennoch zu ähnlichen Produkten wie physikalische (on-shell) W-Bosonen und Z-Bosonen. Im Prinzip kann die Energie eines virtuellen Teilchens negativ sein (oder es kann zu Zerfällen in zwei virtuelle Teilchen kommen), sodass die Zerfallsrate selbst für Higgs-Massen unterhalb der Masse des W-Bosons bzw. des Z-Bosons nicht genau Null ist. Trotzdem ist die$WW^*$oder$ZZ^*$Das Verzweigungsverhältnis steigt schnell über die Masse eines einzelnen W-Bosons oder Z-Bosons an.

Dies ist nicht der Fall bei Zerfällen in Quarkpaare, die nur dann signifikant werden, wenn sich beide Quarks auf der Schale befinden. Zum Beispiel die$t\bar t$Der Zerfallskanal würde erst bei einer Higgs-Masse über 350 GeV, der doppelten Masse des Top-Quarks, anspringen. Auch die parametrische Beschreibung der Form des Verzweigungsverhältnisses in der Nähe der "Schwelle" (minimal zulässige Higgs-Masse oder -Energie, für die der Zerfall möglich ist) würde sich zwischen Bosonen und Fermionen unterscheiden.