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Standardmodell-Higgs Verzweigungsverhältnisse Breite.

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Präsentation zum Thema: "Standardmodell-Higgs Verzweigungsverhältnisse Breite."—  Präsentation transkript:

1 Standardmodell-Higgs Verzweigungsverhältnisse Breite

2 Higgs bei LEP? 2 b Kandidat HZ Hypothese m H =(114 GeV 3) GeV Jet b-tag- Wahrscheinl.: Z H Kin. Massenfit m H =112.4 GeV m Z =93.3 GeV ZZ-Hypothese m Z =102 GeV m Z =91.7 GeV Vielleicht schon hier? e + e - -> HZ -> bbjj ? _

3 Entdeckungsstrategie für das Standardmodell-Higgs 80 GeV, H -> bb 130 GeV ZZ(*) -> 4 Leptonen ( ) 500 GeV ZZ -> Jets 500 GeV ZZ -> GeV WW-> + + Jets 800 GeV ZZ-> Jets Bei LHC ist das SM-Higgs im gesamten erwarteten Massenbereich vom derzeitigen LEP-Limit 115 GeV bis 1 TeV zugänglich. Je nach Masse benützt man verschiedene Zerfallskanäle:

4 H -> Elektromagnetisches Kalorimeter wurde auf diesen Kanal optimiert. m H /m H < 1%, Signal/Untergrund 1/20

5 H -> ZZ*, ZZ Nachweis beruht auf ausgezeichnetem Tracker, em. Kalorimeter und Müonsystem. m H 1 GeV für m H < 170 GeV

6 H -> Jets (oder 2 Nachweis erfolgt durch Leptonen, Jets und fehlende Energie. Für letztere ist ein gutes Hadronkalorimeter mit großem Rapiditätsbereich wichtig.

7 Standardmodell-Higgs in ATLAS Signifikanzen für 30 und 100 fb -1

8 CMS Konturen Signifikanz für 100 fb -1 Standardmodell-Higgs in CMS

9 Supersymmetrie Vielleicht sind die elektroschwache und die starke Kraft vereint. In diesem Fall würden Leptonen und Quarks ineinander übergehen können und das Proton wäre nicht stabil. Der Massenwert, bei dem Vereinigung in einer entsprechenden Theorie (Grand Unifier Theory, GUT) eintritt, muß groß genug sein, so daß die Zerfallsrate des Protons mit dem experimentell gemessenen Wert kompatibel ist. Die Kopplungskonstanten laufen" in Quantenfeldtheorien aufgrund von Vakuumfluktuationen. Beispiel: In der Quantenelektrodynamik ist die elektrische Ladung e durch Fluktuationen von Photonen in e + e - -Paare bis zu einer Distanz von e ~ 1/m e abgeschimt. Daher steigt mit steigender Masse: (0) = 1/137, (M Z ) = 1/128.

10 Supersymmetrie Um bei hohen Energien unnatürlich große Strahlungskorrekturen zur Higgsmasse zu vermeiden und damit das so genannte Hierarchieproblem zu vermeiden, fordert man zu jedem SM-Fermion einen supersymmetrischen Boson-Partner und vice versa. Wenn die Masse des SUSY-Partners in der Größenordnung ~ 1 TeV liegt, dann gilt die GUT- Vereinigung bis zu GeV. 1/ em 1/ w 1/ s

11 SUSY-Higgssektor Im minimalen supersymmetrischen Standardmodell gibt es 5 Higgsbosonen: h 0, H 0, A 0 und H ±. Die Suche nach ihnen erfolgt teilweise ähnlich wie im Standardmodell.

12 SUSY-Higgse in ATLAS 5 - Konturen

13 SUSY-Higgse in CMS

14 Sparticles Supersymmetrische Teilchen können spektakuläre Signaturen durch Kaskadenzerfälle aufweisen. Ebenso kann ein charakteristischer Abfall im Massen- spektrum aufgrund des Zerfalls 2 0 -> auftreten.

15 Beispiel für Physik jenseits des Standardmodells Compositeness in ATLAS

16 CP-Verletzung und B-Physik -Bis jetzt keine Präzisionsmessung der CP-Verletzung im Standardmodell. Es kann nicht ausgeschlossen werden daß CP- Verletzung teilweise durch neue Physik erklärt werden muß. - Die Kosmologie legt nahe, daß es zum Standardmodell eine zusätzliche Quelle von CP-Verletzung geben muß (Materie - Antimaterie-Asymmetrie). - CP-Verletzung wurde bislang nur in der Zerfallsamplitude von K L -Mesonen nachgewiesen. Im B-Meson-System stehen viel mehr Zerfallsmoden zur Verfügung. Für viele davon macht das Standardmodell genaue Vorhersagen, so daß Abweichungen detektiert werden könnten.

17 Exakte Symmetrie ist unnatürlich!

18 CKM-Matrix V ud V us V ub V CKM = V cd V cs V cb = V CKM (3) + V CKM V td V ts V tb () 1- 2 i V CKM (3) = /2 A 2 A 3 (1- -i ) -A 2 1 () Vij sind proportional zur Stärke der Kopplung von down- artigen (d, s, b) und up-artigen Quarks (u, c, t) an W ±.

19 CKM-Unitaritätsdreiecke im B-System arg V cb = 0, arg V ub =, arg V td =, arg V ts = V td V tb + V cd V cb + V ud V ub = 0 V td V ud + V ts V us + V tb V ub = 0 V ub V cb V td V ub V td V ts

20 Messung der CKM-Parameter Beispiele: + B d 0 -> + - B d 0 -> J/ K S - 2 B s 0 -> D S ± K ± B s 0 -> J/ B d 0 -> D 0 K *0, D 0 K *0,... Experimentelle Anforderungen: Hohe Statistik für B u,d,s -Zerfälle mit Verzweigungsverhältnissen < 10 7 Ausgezeichnete Zeitauflösung Ausgezeichnete Teilchenidentifikation Effizientes und flexibles Triggerschema, auch für Hadronen. Hohe Statistik wird bei LHC leicht erreicht, da: B-Produktionswirkungsquerschnitt bei 14 TeV: LHCb-Luminosität: - bb 500 b cm s Rate(bb) = 10 5 s 1 : 0.5% des totalen inelastischen Querschnitts

21 Spezialexperiment LHCb

22 Müondetektor MagnetAbschirmung Vertexdetektor Tracker RICH 1 RICH 2 ECAL HCAL z/m x/m Schnitt transversal zum Magnetfeld 1.9 < < 4.9

23 LHCb-Detektor Vertexdetektor: Si r- Streifendetektor, einseitig, 150 m dick, Analogreadout Tracking-System: Außen: Driftkammer Innen: Micro-Strip Gasdetektor oder Kathodenstreifenkammer (Option: Siliziumdetektor) RICH-Detektoren (Ring Imaging Cherenkov): RICH-1: Aerogel (n = 1.03) C 4 F 10 (n = ) RICH-2: CF 4 (n = ) Photodetektor; Hybridphotodioden (Ersatz: Photoelektronenvervielfacher) Kalorimeter: Preshower-Detektor: Blei-Szintillatorschicht (14/10 mm) Elektromagnetisches K.: Blei-Szintillator, 25X 0, 10% Auflösung Hadron: Tile-Kalorimeter, % Auflösung Müonsystem: Multi-gap Resistive Plate Chamber und Cathode Pad Chamber

24 LHCb-Ereignis im Vertexdetektor Primärvertex Müon zum Triggern Auflösung: Zerfallsdistanz 120 m, Zerfallszeit 0.4 ps

25 Vergleich LHCb - ATLAS/CMS Kanäle LHCb ATLAS/CMS B d J S B s J B s D S K (Teilchenid. ) B d DK (T.id.,Trigger) B d D* (Teilchenid. ) B d (Teilchenid. ) B d K (CP in gluonischen Pinguingr.) (Teilchenid. ) B d B s K (CP in radiativen Pinguingr.) B s K l l (CP in radiativen Pinguingr.) B s -Oszillationen, maximales x s B s

26 Schwerionenphysik Deconfinement. Zweck ist Studium des Deconfinement. Das Quark-Gluon- Plasma (QGP) wurde ziemlich sicher schon bei Schwerionen- experimenten erzeugt. Die Energie reicht jedoch nur gerade aus. Bei LHC wird das QGP routinemäßig erzeugt werden. Bei der Kollision von Kernen werden u.a. charm- und bottomhältige Teilchen (J Y erzeugt. Bei Kollisionen von schweren Kernen entstehen jedoch weniger als bei Kollisionen von leichten Kernen. Strangeness-Erzeugung sollte erhöht sein. ALICE Am LHC ist das Spezialexperiment ALICE zum Studium des QGP vorgesehen. Es ist zur Zeit an der Stelle des LEP- Experiments L3 in Bau.

27 Schwerionenphysik Die enorme Anzahl der Teilchen ist die größte experimentelle Herausforderung der Schwerionenphysik. In den derzeitigen Experimenten werden im Mittel bei Blei-Kollisionen 1500 Spuren erzeugt. Bei LHC wird diese Zahl sein! Teilchenidentifikation ist essentiell. Pb-Pb-Kollision im NA49-Experiment des CERN

28 Schwerionenexperiment ALICE

29 TOTEM TOTEM TOTEM ist ein Spezialexperiment für die Messung des Gesamtwirkungsquerschnitts, von elastischer Streuung und diffraktiven Prozessen. Der Gesamtwirkungsquerschnitt wird luminositätsunabhängig bestimmt durch gleichzeitige Messung von elastischen Streuprozessen mit geringem Inpulstransfer und von inelastischen Wechselwirkungen. Mit dieser Methode ist auch eine absolute Kalibration der Beschleunigerluminosität möglich. Der Detektor besteht aus: - Teleskopen von "Roman Pots" symmetrisch auf beiden Seiten der Wechselwirkungsregion CMS. Sie dienen zur Messung von Protonen, die mit sehr kleinen Winkeln in elastischen oder quasi-elastischen Reaktionen gestreut werden. - einem Detektor zur Messung aller inelastischen Prozesse im Rapiditätsbereich 3 bis 7.

30 Österreichische Beiträge zu LHC-Experimenten ATLAS Universität Innsbruck: Simulationsstudien (B-Physik, …), PhysikanalyseCMS Institut für Hochergiephysik der ÖAW: Globaler Triggerprozessor Regionaler + globaler Müontriggerprozessor Bau von Modulen und Steuerelektronik des Silizium- Trackers und Pixeldetektors Bau von Teilen des Alignment-Systems Software, Simulationsstudien (SUSY, …), Physikanalyse Neue Institute, Mitarbeiter, Studenten (Sommer, Diplomarbeiten, Dissertationen) willkommen!

31 Zusammenfassung Der LHC-Beschleuniger ist ein geeignetes Werkzeug für die Erforschung der Physik im TeV-Bereich. Zwei Mehrzweckexperimente sowie drei spezialisierte Experimente stehen zur Verfügung. Die ersten Daten werden mit Spannung erwartet!


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