10. Massen Das Higgs-Boson Spontane Symmetriebrechung

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1 10. Massen 10.1. Das Higgs-Boson 10.1.1. Spontane Symmetriebrechung
Problem: SU(2)LU(1)Y  masselose Eichbosonen W, Z,  Zusätzlicher Klein-Gordon-Massenterm zerstört Eichsymmetrie Lösung: Spontane Symmetriebrechung durch eichinvariantes Higgs-Potential Higgs-Mechanismus zur Erzeugung massiver Teilchen

2 Klassisches Analogon: Knick-Instabilität des elastischen Stabes
F  Fc x-Mode y-Mode (x,y)  (0,0) -Mode F  Fc r-Mode (x,y)  (v,0) Phasenübergang bei F  Fc x y Vel x y Vel

3 10.1.2. c) Experimentelle Suche am LHC
LHC: pp bei (ab 2010), (ab 2015) g H Gluon-Fusion (dominant) Vektorboson-Fusion H q W, Z begleitende Produktion H Higgs-Strahlung g t t - Fusion

4 Higgs-Verzweigungsverhältnisse vs. Higgs-Masse

5 Wichtigste Higgs-Zerfallskanäle am LHC:
 H mH ≲ 150 GeV: mH ≳110 GeV H H mH  110  200 GeV

6 Ausgeschlossen: mH  111–122 und mH  131–559 GeV
Kombinierte ATLAS-Grenzen auf ? Ausgeschlossen: mH  111–122 und mH  131–559 GeV

7 Entdeckung eines neuen Bosons (Juli 2012):
ATLAS CMS  Neues Boson mit Spin 0 oder 2 bei GeV!

8 Bestätigung des Signals!
ATLAS CMS Bestätigung des Signals!

9 Bestätigung des Signals!
ATLAS CMS Bestätigung des Signals!

10 Kompatibel mit Higgs-Bosons des Standardmodells?
Likelihood-Analyse der Zerfallswinkelverteilung  JP = 0+ Kopplungsstärken im Rahmen der Fehler wie im SM Ja, es ist wohl ein Higgs-Boson! Im Rahmen der Fehler ist es kompatibel mit dem Higgs-Boson!

11 10.2. Neutrinomassen und Neutrinooszillationen
Standardmodell enthält noch unnötige Annahmen: Leptonzahlen sind einzeln erhalten Neutrinos werden künstlich exakt masselos gesetzt Experiment  a) und b) verletzt!  CKM-Formalismus auch für Leptonen (Neutrinos) Flavour-Dynamik und Leptonzahl-Dynamik Flavour-Oszillationen und Lepton-Oszillationen genauer Neutrino-Oszillationen CP-Verletzung auch im Neutrino-Sektor

12   Analogon zum Cabibbo-Winkel
Beispiel: Betrachte nur zwei Neutrino-Sorten: Massen-Eigenzustände 1, 2 Massen m1, m2 Schwache Eigenzustände e,  z.B. via     Unitäre Transformation:   Analogon zum Cabibbo-Winkel

13 Solare Neutrinos Fusionszyklen hoher Neutrinofluss von der Sonne schwache WW  

14 Detektormaterial 37Cl (Reinigungsmittel):
Argonnachweis: -Strahlung nach K-Einfang Davis-Experiment: 500 Tonnen Detektormaterial 1-3 Reaktionen pro Monat Resultat: e-Fluss  ⅓  FlussTheorie Mögliche Gründe: Sonnenmodell falsch? Berechneter Neutrinofluss ist extrem sensitiv auf Kerntemperatur der Sonne! Neutrinooszillationen?

15 Solarkonstante (direkt messbar)  pp-Zyklus 
GALLEX-Experiment (Gran-Sasso-Tunnel bis 1997) erstmals sensitiv auf pp-Neutrinos! Germanium-Nachweis: -Strahlung nach K-Einfang Resultat: e-Fluss  ⅔  FlussSolarkonstante Nachweis aller Neutrinosorten: SNO-Experiment Resultat: Fluss(e,,)  FlussTheorie Fluss(e)  FlussTheorie Neutrinooszillationen!

16 10.2.3. Atmosphärische Neutrinos
Super-Kamiokande-Experiment: Untergrund Wasser-Cherenkov-Detektor   Č-Licht e Č-Licht e.m. Schauer Juni 1998: Definitiver Nachweis von Neutrinooszillationen  verschwinden, e werden nicht zusätzlich erzeugt also:    oder   X 90% C.L.: Dezember 2002: Nobelpreis (für astrophysikalische Neutrinos)

17 p  N  Pionen (  Kaonen  Kernfragmente  … )
Herkunft atmosphärischer Neutrinos: Wechselwirkung hochenergetischer kosmischer Strahlung (Protonen, Kern) mit Atomkernen der Erdatmosphäre p  N  Pionen (  Kaonen  Kernfragmente  … ) Ladung 1 Ladung 0 oder 1 e.m. Sub-Schauer in Atmosphäre  Grobe Erwartung:

18 Beobachtung: Zenitwinkelabhängigkeit
Erde Detektor -Erzeugung -Erzeugung  -Oszillation auf dem km langen Weg durch die Erde

19 Ausschlussgrenzen für spezifische Oszillationskanäle
95% CL Konturen für beobachtete Oszillationen