Nieuw idee voor versimpeling Higgs-analyse

Stel het langverwachte Higgs-deeltje is inderdaad ontdekt bij de LHC, hoe weten we dan zeker dat het de eigenschappen bezit die het Standaard Model van elementaire deeltjes voorspelt? Speculaties over uitbreidingen van het Standaard Model, zoals supersymmetrische extensies, bevatten vaak meerdere Higgs-bosonen, die niet alleen verschillen in massa, maar bijvoorbeeld ook in hun gedrag onder ruimtespiegelingen. Metingen aan ingewikkelde hoekverdelingen van de vervalsproducten zouden dat laatste kunnen bepalen, maar volgens een nieuw inzicht kan het ook makkelijker door naar de impulsverdeling van het Higgs-achtige deeltje te kijken. Dit nieuwe idee staat in een artikel dat het gerenommeerde tijdschrift Physical Review Letters deze week publiceert.

Bij de LHC worden protonen versneld tot een energie van 3.5 Tera elektronvolt en tot botsing gebracht in de hoop het langverwachte Higgs-deeltje te produceren. Dit deeltje is van fundamenteel belang in het Standaard Model, aangezien het ervoor zorgt dat andere elementaire deeltjes, zoals elektronen en quarks, massa krijgen. Het Standaard Model Higgs deeltje is een spin-0 deeltje dat onder ruimtespiegelingen invariant blijft. Experimentele toetsing van deze kenmerkende eigenschap vergemakkelijkt aanzienlijk met deze nieuwe aanpak.

Het nieuwe idee maakt gebruik van het feit dat met name fusie van twee gluonen een Higgs-deeltje produceert. Gluonen zijn de krachtdeeltjes -zeg maar de fotonen- van de sterke wisselwerking of kernkracht. De proton-proton botsingen bij de LHC zijn in hoge mate gluon-gluon botsingen. Zodoende wordt de LHC ook wel een 'gluon collider' genoemd. Deze gluonen kunnen ook gepolariseerd zijn, zelfs als de protonen dat niet zijn. De LHC is dus in zekere zin zelfs een 'polarized gluon collider'. De mate van polarisatie is momenteel nog onbekend, maar deze polarisatie zou wel effect hebben op de impulsverdeling van het Higgs-deeltje. Het zorgt voor een dusdanig karakteristieke verdeling dat het gedrag onder ruimtespiegelingen daarin tot uitdrukking komt. Gezien de vele complicaties bij het meten van eigenschappen van zware deeltjes, zoals het Higgs-deeltje, die maar heel kort bestaan, is iedere versimpeling uiterst welkom.

Dit onderzoek is uitgevoerd onder leiding van prof.dr. Daniël Boer (KVI, Rijksuniversiteit Groningen) in samenwerking met de Vrije Universiteit Amsterdam en de universiteiten van Tubingen en Cagliari binnen FOM-programma nr. 104 'Theoretical particle physics in the era of the LHC'.

Contact: Prof.dr. Daniël Boer, (050) 363 36 56

Referentie:
'Linearly Polarized Gluons and the Higgs Transverse Momentum Distribution'
Daniël Boer, Wilco J. den Dunnen, Cristian Pisano, Marc Schlegel, Werner Vogelsang
Physical Review Letters.

De preprint versie van het artikel is hier te downloaden.