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Veröffentlicht von:Irmingild Wendler Geändert vor über 10 Jahren
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Suche nach dem Higgs und die Experimente am LHC
Sebastian Reinicke Seminar Astro- und Teilchenphysik WS 2008/09
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Inhalt Experimente am LHC Higgs-Mechanismus
Alice LHCb Atlas CMS Higgs-Mechanismus Erwartete Produktion am LHC Erwartete Beobachtungen beim ATLAS/CMS
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Experimente am LHC
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LHC – Large Hadron Collider
Umfang 27km ~ 9600 Magnete pp Collider 7TeV /Beam Pb-Pb Collider 575TeV /Beam 600 Millionen Kollisionen /s 11245 Umläufe /s 1,1 * 10^11 p / Bunch Lum. =10 nb^-1 CMS LHCb Alise Atlas
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Alice – A Large Ion Collider Exp.
Ziel: Erzeugung von Quark-Gluon-Plasma durch Kollision von p und Schwerionen Im QGP sind Quarks frei – normal gebunden (duo Meson, trio Baryon) Erforschen was die Quarks zusammen hält (QCD) 26m lang, 16m breit 16m hoch 10000t
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LHCb – LHC Beauty Ziel: Teilchen mit b-Quarks erforschen
Interressieren sich vorallem für bestimmte Erhaltungssätze und die CP-Verletzung (C-charge, P-parity) 21m lang, 13m breit 10m hoch 5600t
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Atlas – A Toroidal LHC ApparturS
Ziel: Nachweis des Higgs-Bosons Nachweis der Supersymmetrie 46m lang, 25m Durchmesser 7000t
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CMS – Compact Muon Solenoid
Ziel: Wie ATLAS 21m lang 15m Durchmesser 12500t
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Aufbau des CMS Detektors
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LHC und Experimente
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Higgs-Mechanismus
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Higgs Mechanismus Frage: Warum haben die Elemetarteilchen unterschiedliche Massen? 1964 Peter Higgs postuliert skalares Hintergundfeld Higgsfeld Widerstand für Teilchen Trägheit Masse Kopplung über Higgs-Bosonen
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Higgs-Comic sich leise unterhaltende Physiker füllen den Raum Higgshintergrundfeld berühmter Physiker betritt den Raum, jeder will sich mit ihm unterhalten berühmter Physiker wird beim durchqueren des Raumes behindert
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Warum ist das Higgs so wichtig?
einfachste bekannte und experimentell konsistenteste Erklärung für die Masse der Eichbosonen Grundlegende Theorie erfordert Masselose Eichbosonen da sie sonst math. nicht Lösbar ist W- und Z- Bosonen haben große Massen Vereinheitlichung von elektromagnetischer und schwacher WW experimentelle Bestätigung vieler Eigenschaften Standardmodell gilt als gut abgesichert
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Theoretische Berechnungen
Standardmodell muss modifiziert werden Eichtheorie spontane Symmetriebrechung
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Modifizierung des SM Einführung eines komplexen selbstwechselwirkenden Potentials: global Eichinvariant mit erfüllt für Grundzustand Erwartungswert im Vakuum Wellengleichung: Beschreibt freies Teilchen der Masse Feld wird Antiteilchen zugeordnet
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Modifizierung des SM spontane SB wenn Erwartungswert mit
System muss sich entscheiden unendlich viele Grundzustände z.B.:
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Modifizierung des SM Eichsymmetrie im Grundzustand nicht realisiert
Ableitung der Wellengleichung ergibt 2 Teilchen Goldstoneboson mit Masse 0 und Higgs-Boson mit Masse Einführung der lokalen Eichtransformation im GSW-Modell wird der WW masseloser W-Bosonen und Fermionen V zugefügt Ф jetzt komplexes Isoduplett vier reelle Felder
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Modifizierung des SM Rechnung ergab Teilchenspektrum von drei Vektorbosonen: und Higgs-Boson: was fehlt ist das Higgs-Boson
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Erwartete Produktion am LHC
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Suche nach dem Higgs-Boson
Bekannt: wird benötigt um Masse der Teilchen zu erklären keine Ladung ganzahligen Spin 0 Skalarboson mH > 112GeV bestätigt durch Messungen am LEP theoretische Obergrenze von 1TeV Massenabschätzung Fermilab (2006): 117GeV < mH < 153GeV (Messung der W-Bosonen-Masse)
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Erzeugung der Higgs-Bosonen
Gluonfusion tt-Fusion Vektorbosonenfusion Quarks ergeben zwei Jets Event reduzierung des Hintergrundes
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Wirkungsquerschnitt für Higgs Produktion
wird von Gluon-Gluon-Fusion dominiert zweit stärkster Anteil ist Vektorbosonenfusion
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Zerfallskanäle für unterschiedliche H-Massen
Masse > 150GeV: Vektor-Bosonen dominieren Masse < 150GeV domineren, auch Photon- Leptonendzustände
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Erwartete Detektion am ALTAS
Linien = detektierbar Rest mit Neutrinos = nicht direkt detektierbar einige hunderte bis 150GeV Bester Kanal schächer aber komplettes Spektrum
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CMS – Simulationen von Zerfällen bei verschiedener H-Masse
GeV GeV 0,5-1 TeV
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Erwartete Beobachtungen beim ATLAS/CMS
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Signifikanz & Signale Ziel der Detektoren ATLAS und CMS - Sicherstellung das Higgs endeckt werden kann (100GeV-1TeV) Signalsignifikanz: (im Signalbereich) bestätigte Endeckung 2 hochpräzise Endeckungskanäle z.B. 120GeV Higgs in CMS
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Signale Sehr klares Signal bei (ATLAS)
geringere Produktionsrate effektive Hintergrundunterdrückung Paar nur Nachweisbar bei tt-Fusion
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Signale Ziel ist somit theoretisch erreicht
Higgs-Boson wird falls es exisitiert in dem Bereich von 100GeV-1TeV endeckt werden
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Quellen Springer-Lehrbuch, Teilchen und Kerne
The European Physical Journal C - Particles and Fields
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ENDE
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