Como con cualquier resultado científico, es una cuestión de señal versus fondo. La señal son posibles firmas del bosón de Higgs. Una firma es simplemente un conjunto característico de partículas que se pueden usar para identificar el bosón de Higgs. El fondo es cada tipo de evento ordinario que puede imitar la misma firma.
El bosón de Higgs es bastante pesado, con una masa de 125 GeV / c ^ 2, aproximadamente 130 veces más pesado que un protón. Eso significa que solo nuestros últimos colisionadores fueron lo suficientemente enérgicos como para producir el bosón de Higgs.
El próximo desafío con el bosón de Higgs es que no se produce con mucha frecuencia. Aproximadamente 1 de cada 10 ^ 12 (billones) de eventos contiene un bosón de Higgs.
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El próximo desafío es que el bosón de Higgs se descompone de muchas maneras diferentes. La forma más común, aproximadamente el 60% del tiempo) se descompone en pares de quarks de fondo. Estos son esencialmente eventos basura porque el fondo para esta firma es enorme, aproximadamente 10000 veces más fondo que señal.
Cuando comienzas a pasar por todos los modos de decaimiento, descubres que los mejores modos de decaimiento son
- Un par de fotones, que ocurre aproximadamente el 0.23% del tiempo
- Un par de bosones Z que se descomponen en 4 leptones, que ocurren aproximadamente el 0.01% del tiempo (!) Sí, eso rara vez
- Un par de bosones WW que se descomponen en 2 leptones y 2 neutrones que se producen el 8,6% del tiempo.
Los primeros dos proporcionan una buena protuberancia para ver, dando muy buena señal al fondo, aproximadamente 1: 2 para la firma de dos fotones y 3: 1 para la descomposición del bosón Z. La descomposición de dos leptones y dos neutrinos no proporciona una buena protuberancia porque los neutrinos dejan el detector LHC sin ser visto. Esto significa que, aunque sucede con bastante frecuencia, 1 de cada 12 bosones de Higgs, tiene una señal de fondo relativamente pobre y no sale del fondo como lo hace una protuberancia.
Los 4 eventos leptónicos terminaron siendo el mejor canal con el par de fotones casi tan bueno. Entonces, si 1 de un billón de eventos es un bosón de Higgs y solo puede ver 1 de cada 10000 eventos de bosones de Higgs, necesitará muchos eventos para descubrir el bosón de Higgs. El LHC fue el primer colisionador capaz de dar este tipo de “luminosidad integrada” (que tiene un haz muy brillante durante mucho tiempo).
