Die Eichbosonen der schwache Kernkraft sind Teilchen mit großer Masse. Im Standardmodell der Elementarteilchenphysik wird dieser experimentelle Befund mit einer spontanen Brechung der elektroschwachen Eichsymmetrie erklärt. Dies geschieht durch die Präsenz eines skalaren Felds, des sogenannten Higgs-Felds. Das Quantum dieses Feldes ist das Higgs-Boson. Bisher ist dieser Teil der elektroschwachen Theorie nur eine unbestätigte Vorhersage, die man hofft, am LHC durch den Nachweis des Higgs-Bosons zu bestätigen.

Die Suche nach dem Higgs-Boson ist eines des Hauptziele des LHC-Physikprogramms, zu dem auch die Physiker der Bergischen Universität beitragen wollen. Da es für die Masse des Higgs-Bosons keine Vorhersage gibt, müssen die LHC-Experimente einen großen Massenbereich abdecken, von 114 GeV/c², der von den LEP-Experimenten durch deren Analyse vorgegebenen unteren Schranke, bis zu einigen hundert GeV/c². Zur Maximierung der Sensitivität werden verschiedene Produktionsmoden und Zerfallskanäle herangezogen und später kombiniert. Unsere Wuppertaler Arbeitsgruppe bereitet eine Analyse vor, in der nach Higgs-Bosonen gesucht wird, die durch Vektor-Boson-Fusion produziert werden und in zwei W-Bosonen zerfallen. Das entsprechende Feynman-Diagramm ist unten zu sehen.

Der Vektor-Boson-Fusions-Kanal In dem von uns untersuchten Kanal zerfallen die W-Bosonen leptonisch, entweder in ein Elektron plus Neutrino oder ein Myon plus Myonneutrino. Aufgrund von Drehimpulserhaltung und der V-A Struktur der schwachen Wechselwirkung im W-Boson-Zerfall, weisen die geladenen Leptonen eine sehr charakteristische Winkelverteilung auf, die genutzt werden kann, um Higgs-Ereignisse in diesem Kanal von Untergrundereignissen zu trennen. Eine weitere Besonderheit des Vektor-Boson-Fusions-Kanals ist die zwischen den auslaufenden Jets auftretende große Pseudorapiditätslücke. Obwohl der Wirkungsquerschnitt des Vektor-Boson-Fusions-Kanals deutlich geringer ist als der des führenden Gluon-Gluon-Fusions-Kanals, besitzt die Vektor-Boson-Fusion aufgrund ihrer Besonderheiten das Potential zur Entdeckung des Higgs-Bosons mit dem ATLAS-Detektor im Massenbereich von 130 bis 170 GeV/c² beizutragen.

Beteiligte Wissenschaftler

M.Sc. Gunar Ernis
Dr. Dominic Hirschbühl
Dipl.-Phys. Simon Köhlmann
Dipl.-Phys. Georg Sartisohn
Prof. Dr. Wolfgang Wagner

Weitere Informationen zur Suche nach dem Higgs-Boson

• Aktuelle Ausschlussgrenzen für das Higgs-Boson gemäß der LEP Electroweak Working Group
• Ergebnisse der Higgs-Suche bei CDF