Die Suche nach dem Higgs - Boson von Kristin Heine

Gliederung Der Higgs – Mechanismus Der LEP – Beschleuniger Die Time Projection Chamber (TPC) Messung am ALEPH – Experiment Abschlussergebnisse Ausblick LHC

Der Higgs – Mechanismus Motivation: Austausch von Kräften erfolgt durch Eichbosonen diese verfügen teilweise über eine endliche Masse (W- und Z-Boson) Einführung von Massentermen in die Bewegungsgleichungen Dies verletzt die Eichinvarianz der Bewegungsgleichungen, welche jedoch stets gegeben sein muss Ausweg: Higgs - Mechanismus

Spontane Symmetriebrechung Einführung des Higgs – Feldes: wechselwirkt mit allen Feldern und sich selbst Beschreibung durch die Lagrange- Dichte: Mit der kovarianten Ableitung:

Potential des Higgs - Feldes Das Potential ist gegeben durch: (eine Möglichkeit) Higgs – Feld besitzt einen endlichen Wert im Grundzustand: den Vakuumserwartungswert

Eigenschaften des Potentials Wichtigste Eigenschaft: zweidimensionaler Kreis von Minima vielfach entarteter Grundzustand oder „Vakuum – Zustand“; Vakuum entspricht dem Zustand kleinster Energie Vakuumerwartungswert :

Was folgt daraus? Quantisierung: Entwicklung des Higgs - Feldes Ф um das Minimum in der Form Ф=1/√2 Einsetzen in Lagrange – Dichte 1) Photonen sind masselos 2) WW – Vertizes des Higgs - Bosons 3) Masse von W, Z und Higgs (abhängig von zwei Parametern: v und μ2)

Die Massen der Bosonen W – Boson Z – Boson Higgs - Boson

Feynman – Diagramm Higgs Dominanter Prozess für e+e- Kollision Genannt: Higgsstrahlung

Feynman – Graphen zu Zerfällen Zerfall in zwei Z0 Zerfall in zwei Fermionen (dominant: b anti-b)

Zerfall in zwei Photonen Higgs ist neutral Eigentlich keine Kopplung an Photonen Einzige Möglichkeit: Übergang durch einen Loop

Zerfallsvarianten des Higgs

Mögliche Detektorereignisse Betrachte Higgsstrahlung (wegen e+e- Kollision) Higgs zerfällt bevorzugt in b und anti-b ( 2 Jets) Außerdem: Zerfall des Z0 in Leptonen (zu je etwa 3%)  2 Leptonen Neutrinos (zu je etwa 11%)  … Quarkpaare (am häufigsten)  2 Jets

Mögliches Higgs - Event

Messungen am LEP Schwerpunktsenergie von 209 GeV Ursprünglich: Untersuchung des Z-Teilchens, aber auch Suche nach dem Higgs- Boson

Das ALEPH – Experiment

ALEPH – Schematischer Aufbau

Die Time Projection Chamber

Eigenschaften der Aleph - TPC Radius: Raußen=1,8m Rinnen=0,31m Länge: 4,7m Gas Volumen: 43m3 Drift – Geschwindigkeit: 5,2cm/μs Messgenauigkeit: In der Ebene: 173μm z – Koordinate: 740μm

Eigenschaften allgemein Vorteile: Rekonstruktion der Teilchenspur in 3D Hohe Messgenauigkeit, durch B || E || vDrift Wenig Material  kaum Streuung Gute Energieauflösung  Rekonstruktion der Impulse  Teilchenidentifikation Nachteil: Langsam (~cm/μs)

Entdeckung des Higgs? 10 Tage nach Abschalten des Beschleunigers: Hinweise auf Higgs – Ereignisse Was passiert?

Hinweise auf ein Higgs Drei ungewöhnliche Ereignisse am ALEPH – Detektor bei einer Schwerpunktsenergie von 206,7 GeV Leichte Abweichung vom durch das Standardmodell erwarteten Untergrund Im Massenbereich von 110 – 115 GeV Zusätzlich: zwei Ereignisse mit Überschuss von 4-Jet-Ereignissen am Delphi – Detektor bei Teilchenmassen von 113,6 und 114,3 GeV Diese aber mit dem Standardmodell vereinbar OPAL und L3 jedoch ohne ähnliche Ergebnisse

Massenspektrum schwarze Punkte = Messpunkte erwarteter Untergrund = Histogramm Leichter Übschuss ~ 113 GeV

Ereignisstatistik Untergrund = gelb Überschuss = rot Beachte: wenige Ereignisse statistisch verteilt Wahrscheinlichkeits - Interpretation

Was ist zu tun? Konflikt: Bauverzögerung des LHC, welcher das Higgs im fraglichen Massenbereich in großen Mengen produzieren könnte Dieser aber ohnehin erst in einigen Jahren fertig Angst/Hoffnung, dass der verbesserte Tevatron – Collider am Fermilab „schneller“ sein könnte Also: weiter mit dem LEP suchen, obwohl statistisch nicht gesicherte Daten oder auf den LHC hoffen? Die endgültige Schließung des LEP wurde von September auf November verschoben

Verbesserung der Auswertung Neuauswertung vieler Daten mit den aktuellsten Detektor – Kenntnissen Genauere Kenntnis der CMS – Energie von LEP berücksichtigt Die Abschätzung des SM – Untergrunds wurde verbessert Vom Strahl selbst verursachter Untergrund wurde berücksichtigt

Abschlussresultate NN: mH=115 GeV Ls+b=28,6*Lb Cut Stream: mH=114,5GeV Ls+b=21,9*Lb Wahrscheinlichkeit für Fluktuationen des Untergrunds: 2,4*10-3 (ALEPH alleine) Wahrscheinlichkeit, dass SM Erwartung (ohne Higgs) zu so vielen beobachteten Ereignissen (oder mehr) führt, ist 2,4*10-3.

Derzeitiger Erkenntnisstand Gelber Bereich: bereits ausgeschlossen Ergebnisse aus bisherigen Experimenten

LHC Schwerpunktsenergie von 14 TeV

Simulation eines Higgs – Events am CMS

Viel Glück beim Suchen !