Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik Suche nach dem Higgs- Teilchen am LHC Fred Uhlig Betreuer: Prof. Dr. K.Rith Scheinseminar.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik Suche nach dem Higgs- Teilchen am LHC Fred Uhlig Betreuer: Prof. Dr. K.Rith Scheinseminar."—  Präsentation transkript:

1 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik Suche nach dem Higgs- Teilchen am LHC Fred Uhlig Betreuer: Prof. Dr. K.Rith Scheinseminar Astro- und Teilchenphysik WS 2006/

2 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik Inhalt Higgs-Mechanismus Teilchenbeschleuniger LHC Suche nach Higgs-Teilchen –Bisherige Erkenntnisse –Produktion und Zerfall –Detektion

3 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik Higgs-Mechanismus Problem: Wie erhalten Teilchen Masse ? Peter Higgs sagt universales Hintergrundfeld voraus (1964) Higgsfeld Teilchen erhalten Masse durch Kopplung an Higgsfeld, wobei Kopplungsstärke ~ Masse Kopplung erfolgt via Higgsboson

4 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik Higgs-Hintergrundfeld erfüllt den Raum Ein Teilchen im Higgs-Feld Widerstand gegen Bewegung... Trägheit Masse Der Higgs Mechanismus, eine Analogie:

5 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik Theoretische Vorhersage SM muss modifiziert werden Zwei Werkzeuge: spontane Symmetriebrechung Eichtheorie

6 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik Betrachte reelles, selbstwechselwirkendes Skalarfeld mit einer Lagrangefunktion der Form: L = ( ) wobei Terme mit 2 = Masseterm 4 = WW-Term Aus L erhält man ein Potential V = Higgspotential - für >0 und 2 <0 gibt es zwei mögl. System entscheidet sich für einen Symmetrie wird gebrochen! Spontane Symmetriebrechung Grundzustände, mit

7 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik nächster Schritt: Einführung von komplexen Skalarfeld i und entwickeln der Lagrangefkt um Minimum durch Vergleich mit ursprüngl. Lagrangefunktion erhält man 1 Teilchen der Masse Higgsboson 2 masseloses Teilchen Goldstoneboson

8 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik Eichtheorien Ziel: Invarianz von Theorie unter globaler bzw. lokaler Phasentransformation –globale Phasentransformation e i, für komplexes Skalarfeld bereits erfüllt –lokale Phasentransformation Theorie wird renormalisierbar, d.h. es treten keine Divergenzen mehr auf

9 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik Kombination von spontaner Symmetriebrechung und Eichtheorien –man erhält analog ein Higgsboson und ein Goldstoneboson durch spontane Symmetriebrechung –aber Forderung von Invarianz unter lokaler Phasentransformation von und Eichfeld A mittels und führt zu massereichem Eichfeld A Photon nicht mehr masselos! 1. Anwendung auf Elektrodynamik

10 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik Lösung: Erweiterung zur elektroschwachen Feldtheorie Einführung von elektroschwachen Feldern: –Isospin-Triplett W +,W -,W 0 –Isospin-Singulett B 0 –Linearkombination von W 0 und B 0 ergeben Felder Z 0 und Kopplung an Felder mit 4 komponentigem Skalarfeld

11 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik für Higgsmechanismus relevanter Teil der Langrangefunktion: mit analoges Verfahren: –spontane Symmetriebrechung für >0 und 2 <0 –globale und lokale Eichung

12 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik Man erhält: Massenterme für W +,W - und Z 0 Higgsboson H = freier Parameter im SM elektromagn. Eichfeld A bleibt ungebrochen Vektorbosonen W +,W - und Z experimentell bestätigt. Nur das Higgsboson fehlt noch!

13 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik Teilchenbeschleuniger LHC (Large Hadron Collider) Proton-Proton Ringbeschleuniger –14 TeV Schwerpunktsenergie –27 km Tunnelumfang ca m unter der Erde –über 1200 supraleitende Magnete –Luminosität L= cm -2 s -1 (vgl. TEVATRON L ~10 31 cm -2 s -1 ) –4 Experimente (ATLAS,CMS, ALICE, LHCb) –Geplante Inbetriebnahme Ende 2007 (erste Planungen 1984)

14 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik Panoramabild CERN

15 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik Supraleitende Dipolmagnete Magnete - Magnetfeld: 8.33 Tesla - Betriebstemperatur: 1.9 K LHC Tunnel mit Beschleunigerelementen

16 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik LHC Experimente

17 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik CMS Myonkammer Kalorimeter ECAL Supraleitende Spule, 4 Tesla Eisenjoch TRACKER Myon- endkappen HCAL Total weight t Overall diameter 15 m Overall length 21.6 m

18 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik Durchmesser 25 m Länge des zentralen Toroiden 26 m Gesamte Länge (incl. Myonkammern) 46 m Gesamtgewicht 7000 t Der ATLAS Detektor

19 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik Der ATLAS Detektor im Vergleich ….

20 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik Suche nach Higgs-Teilchen Was wissen wir bis jetzt? –Wird im SM gebraucht um Teilchenmassen zu erzeugen –Keine Massenvorhersage aus Theorie, außer einer Obergrenze von m H <1 TeV –m H >114 GeV aus direkten Messungen von LEP –Indirekte Massenlimits aus Messung der elektroschwachen WW (LEP,TEVATRON,...) M H = 85 (+39) (-28) GeV M H < 166 GeV (95 % CL) Ergebnisse der elektroschwachen WW- Messungen (Stand, Juli 2006):

21 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik (i) Gluonfusion(ii) Vektorbosonfusion (iii) begleitende Produktion (W/Z, tt) Higgsproduktion gg Hqq Hqq gg Httqq HZ _ -

22 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik WQ für Higgsproduktion

23 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik Higgszerfall Hohe Massen –Leptonendzustände dominieren (H ww,zz) Niedrige Massen –Hadronische Endzustände dominant, aber auch Zerfall in Lepton- und Photonendzustände (H ww*,zz*, )

24 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik Detektion Signalsignifikanz: N S = Zahl Signale N B = Zahl Hintergrundsignale N B Fehler der Hintergrundsignale für große Zahlen S > 5 : Das Signal ist 5x größer als der Fehler des Hintergrunds. Wahrscheinlichkeit, dass das Hintergrundsignal mehr als 5 variiert : Entdeckung Peakbreite m In Peak- region Wann kann man von einer Entdeckung sprechen? Angenommen ein neues Teilchen X ist produziert worden:

25 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik H ZZ(*) Signal: BR = 5.7 fb (m H = 100 GeV) Hintergrund: Top-Produktion tt Wb Wb c c BR 1300 fb begleitende Produktion Z bb Z bb c c Hintergrund- unterdrückung: Leptonen vom b-Quarkzerfall nicht isoliert (nahe c-jet) kommen nicht vom primären Vertex Dominanter Hintergrund nach Unterdrückung: ZZ Kontinuum L = 100 fb -1 Entdeckungspotential für Massen von ~130 bis ~600 GeV/c 2 E kin (1,2) > 20 GeV E kin (3,4) > 7 GeV Isolierte Leptonen M(ll) ~ M Z M(ll) ~ < M z

26 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik H Simulation

27 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik H m H 150 GeV x BR 50 fb (BR ) anspruchsvollste Zerfallskanal für die elektromagn. Kalorimeter: Energie- und Winkelauflösung, Photoneffizienz, /jet und / 0 Trennung Hintergrund : - (nicht-reduzierbar): Bsp: 2 pb / GeV j+ jj (reduzierbar): j+jj ~ 10 6 man braucht starke Jet-Unterdrückung und hohe Photoneffizienz damit j+jj << q q q g 0 q

28 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik CMS 100 fb -1 ATLAS Signal / Untergrund ~ 4% Untergrund kann mit Hilfe von Seitenbänder unterdrückt werden Entdeckungspotential für Massen von 100 – 140 GeV Zwei isolierte Photonen: E kin ( 1 ) > 40 GeV E kin ( 2 ) > 25 GeV Massenauflösung für m H = 100 GeV: ATLAS : 1.1 GeV (LAr-Pb) CMS : 0.6 GeV (Kristalle) H

29 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik ATLAS H Simulation in ATLAS

30 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik Das gesamte Massenspektrum vom LEP-Limit ~114 GeV bis zur theoretischen Obergrenze von ~1 TeV wird von diesen beiden Kanälen H ZZ und H abgedeckt. Falls das Standard Model Higgs-Teilchen existiert, wird es am LHC entdeckt! Discovery p > %

31 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik Motivation: Erhöhung des Entdeckungspotetials bei niedriger Masse Verbesserung der Messung von Higgsparametern (Masse, Kopplung zu Bosonen, Fermionen) Charakterisitische Signatur: - zwei vorwärts gerichtete Jets - geringe Jet-Aktivität in Zentralregion Jet Jets Higgs Zerfall Weitere Zerfallskanäle: Vectorboson Fusion qq H qq WW qq

32 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik Higgs Entdeckungspotential Komplette Massenspektrum wird schon nach wenigen Jahren abgedeckt sein Mehrere Zerfallskanäle sichtbar vergleichbare Situation für CMS Experiment

33 Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik Literaturverzeichnis Byron P. Roe: Particle Physics at the New Millenium Abraham Seiden: Particle Physics CERN Summer Student Lectures &nbweeks=7 –Physics at Hadronic Colliders Jakobs, K (Universitaet Freiburg)Physics at Hadronic Colliders –The Standard Model (6/8) Pich, A (IFIC, University of Valencia)The Standard Model (6/8)


Herunterladen ppt "Suche nach Higgs-Teilchen am LHC Seminar Astro- und Teilchenphysik Suche nach dem Higgs- Teilchen am LHC Fred Uhlig Betreuer: Prof. Dr. K.Rith Scheinseminar."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen