¿Por qué los físicos de partículas usan el modo de descomposición h→γγh→γγh\rightarrow{\gamma\gamma} en lugar de h→bb¯h→bb¯h\rightarrow{b\bar{b}}?

Diría que esta afirmación es específica para los experimentos actuales en el LHC. Chocamos protones allí, y los protones están hechos de quarks y gluones, cosas que interactúan fuertemente. Incluso se puede decir que ya hay $b$-quarks en el protón.

Entonces, cuando los protones chocan, estas cosas que interactúan fuertemente producen eventos que son similares a los genuinos.$h\to b\bar{b}$eventos. Por lo tanto, debe encontrar una manera de distinguir entre sus candidatos de Higgs (llamados eventos de señal) y esos eventos de protones que interactúan fuertemente (llamados eventos de fondo QCD).

Ahora, tenga en cuenta que estamos tratando con 800 millones de colisiones por segundo . La mayoría de esas colisiones provienen de procesos en segundo plano de QCD. No hay forma de que podamos registrarlos y reconstruirlos todos. Por esa razón, tenemos disparadores: circuitos electrónicos rápidos que hacen una reconstrucción aproximada en nanosegundos y deciden si mantener un evento.

Además de eso, tienes el problema de que en realidad nunca ves un solo quark o gluón volando desde el punto de interacción. Esas partículas que interactúan fuertemente se hadronizan formando chorros : corrientes de metralla de partículas que vuelan aproximadamente en la misma dirección. Entonces, necesita reconstruir cada una de esas partículas, tratar de asociarlas en chorros aislados y esperar inferir al menos algunas propiedades del hadrón original. Eso realmente reduce tanto la resolución de la energía y el impulso como la separación de señal/fondo.

Cuando se trata de$b$-quarks, tenemos un poco de suerte: hadrones con el$b$-quark tiene un tiempo de vida lo suficientemente significativo como para volar lejos del punto de colisión y crear un vértice secundario que puede notar (si tenemos la suerte) y concluir que el chorro es probablemente$b$-organizado. Tales técnicas se denominan etiquetado b y algunos de los algoritmos de etiquetado b incluso se implementan en el nivel de activación.

Pero incluso con todo esto, sigue siendo casi imposible ver el Higgs en el$b\bar{b}$canal: verifique el documento reciente de CMS (Phys. Rev. D 92, 032008) . Los autores tuvieron que recurrir al modo de producción VBF para tener algunas partículas adicionales en las que confiar, observe cuán importante es el disparador en el desarrollo y cómo apenas lo ven...

Para obtener una buena precisión de masa utilizando el canal gamma gamma, es necesario medir bien la energía gamma en el calorímetro electromagnético que puede contener fácilmente toda la energía. Los cuatro vectores tienen errores de medición pero no les falta energía. b y b_bar se desintegran débilmente en varias partículas, incluidos los neutrinos, y las desintegraciones posteriores terminan en los quarks up estables, con varios neutrinos más en el proceso. Los neutrinos solo se detectan con ajustes y, por lo tanto, los errores al definir los cuatro vectores de b y b_bar serán mucho mayores que los del canal de decaimiento gamma gamma.