Рождение и распад хиггсовского бозона.

Одной из основных целей проекта является экспериментальное доказательство существования бозона Хиггса— частицы, предсказанной шотландским физиком Питером Хиггсом в 1960 году в рамках Стандартной Модели. Бозон Хиггса является квантом так называемого поля Хиггса, при прохождении через которое частицы испытывают сопротивление, представляемое нами как поправки к массе. Сам бозон нестабилен и имеет большу́ю массу (более 120 ГэВ/c²). На самом деле, физиков интересует не столько сам бозон Хиггса, сколько хиггсовский механизм нарушения симметрии электрослабого взаимодействия. Именно изучение этого механизма, возможно, натолкнёт физиков на новую теорию мира, более глубокую, чем стандартная модель. По построению, хиггсовский бозон является скалярной частицей, то есть обладает нулевым спином.

Существует четыре основных канала рождения хиггсовского бозона в столкновении партонов из двух встречных протонов:

• Рождение в слиянии глюонов: gg → H. В ультрарелятивистском протоне глюоны (с нужной кинематикой) преобладают над остальными партонами, поэтому это доминирующий канал рождения. Этот процесс оказался довольно трудным для расчета потому, что поправки высокого порядка оказались не малы, однако после нескольких лет работы они вычислены с хорошей точностью.
• Рождение в слиянии векторных бозонов WW → H или ZZ → H. Виртуальные векторные бозоны, излучаемые и поглощаемые кварками, можно тоже рассматривать как партоны, которых, правда, в протоне чрезвычайно мало. Тем не менее они очень сильно (гораздо сильнее, чем сами кварки) связаны с хиггсовским бозоном, поэтому сечение этого процесса всего в несколько раз меньше, чем слияние глюонов.
• Ассоциативное рождение вместе с W- или Z-бозоном. Этот процесс часто называют также Higgsstrahlung («тормозное излучение бозона Хиггса» — по аналогии с bremsstrahlung, тормозным излучением фотонов).
• Ассоциативное рождение вместе с топ-кварками. Этот процесс можно представить себе как рождение двух топ-кварк–антикварковых пар, причем кварк и антикварк из разных пар затем сливаются, порождая хиггсовский бозон. Сечение этого процесса еще меньше, но он обладает своей специфической сигнатурой (картиной распада в детекторе), которую можно использовать для поиска хиггсовского бозона.

Фейнмановские диаграммы показывают возможные варианты рождения W- и Z-бозонов, которые в совокупности образуют нейтральный бозон Хиггса:

По своей природе хиггсовский бозон должен быть связан со всеми массивными фундаментальными частицами, причем чем больше масса частиц, тем сильнее он с ними связан. Это значит, что распадаться хиггсовский бозон предпочитает на самые тяжелые пары частица-античастица, которые еще доступны по закону сохранения энергии. Кроме того, за счет петель виртуальных частиц, хиггсовский бозон оказывается связан и с безмассовыми частицами — фотонами и глюонами.