Forma de la relación de ramificación de Higgs a ZZ

La caída de la relación de ramificación ZZ, y todas las demás relaciones de ramificación excepto la relación de ramificación WW, cerca de 170 GeV es causada por el aumento del ancho total (tasa de decaimiento) en esas masas. Y el ancho total (tasa de decaimiento) alrededor de 170 GeV aumenta exactamente porque el Higgs decae a los estados finales de WW que comienzan a ser posibles. Debido a que el ancho total aumenta, la relación entre un ancho parcial (no WW) y el ancho total disminuye, y esta relación es lo que llamamos la relación de ramificación.

Kostya escribió casi lo mismo. Pero quiero enfatizar un punto sutil: tenga en cuenta que en su gráfico, la relación de ramificación a WW ya es distinta de cero de las masas de Higgs a 80 GeV más o menos. De manera similar, la relación de ramificación a ZZ es distinta de cero desde 90 GeV. ¿Cómo puede un Higgs de 90 GeV decaer en dos Z, cada uno de los cuales tiene una masa cercana a los 90 GeV? ¿No viola la conservación de la energía?

La respuesta es que el gráfico muestra las desintegraciones a partículas fuera de la cáscara, no los estados finales. Un bosón de Higgs puede decaer en un bosón Z virtual y uno real. La partícula virtual continúa en su decaimiento. Para verificar esta hipótesis, tenga en cuenta que todos los canales de descomposición en el gráfico están compuestos por dos partículas. Los estados finales reales de la descomposición a menudo incluirán (muchas) más de dos partículas.

Cuando la masa de Higgs excede dos veces la masa de los bosones W, el ancho total realmente aumenta porque de repente hay mucho "espacio de fase" nuevo de los estados finales.

La relación de ramificación para un determinado canal.$i$viene dada por la relación de su decaimiento parcial con$\Gamma_i$y la suma de todos los anchos de decaimiento parciales:

$$BR(H \rightarrow i) = \dfrac{\Gamma_i}{\sum_j \Gamma_j}$$

donde el$\Gamma_i$dependen de la masa de Higgs. Si un nuevo canal se abre o se vuelve importante (como la descomposición de un par de bosones W con aproximadamente el doble de la masa del bosón W), otros canales se vuelven menos probables, el nuevo canal 'roba' la relación de ramificación de los demás.

(Una analogía en la vida diaria es la siguiente: encontrar una cura para las enfermedades del corazón reduciendo la probabilidad de morir de un ataque al corazón aumentaría el riesgo de morir de otras enfermedades. Al mismo tiempo, la esperanza de vida general aumentaría. En partículas la física, el ancho total$\Gamma = \sum_j \Gamma_j$de una resonancia es inversamente proporcional a su tiempo de vida medio, las partículas más largas tienen un ancho total más pequeño).

Para ilustrar esto, aquí hay una gráfica del ancho de decaimiento parcial y total (valores tomados de http://arxiv.org/abs/1307.1347 , Tables A.1-14):

Notarás que los anchos de decaimiento a WW (línea azul continua) y ZZ (línea roja continua) aumentan más rápidamente al doble de la masa W y Z respectivamente (observa que el eje y es logarítmico), en cuyo punto ambos bosones pueden ser producido en la cáscara.

Buena pregunta. También noté esta "inmersión", pero no pensé demasiado en eso. Mientras que la explicación parece ser bastante simple:
$M_W \simeq 80\,\mbox{GeV},\quad M_Z \simeq 91\,\mbox{GeV}$

Por lo tanto, alrededor de 170 GeV está por debajo del umbral de ZZ, pero por encima del umbral de WW.

Pero también creo que esta caída tiende a enfatizarse demasiado en un gráfico de este tipo. Primero por la escala logarítmica, y también porque la relación de ramificación es relativa al ancho total.

Editar: en respuesta a la respuesta de Luboš Motl, agregaré dos puntos más:

1. La referencia al original de la trama: hep-ph/9704448
2. De hecho, por debajo del umbral es seguro (con un 1% de precisión) suponer que un bosón está en la capa.