10. Massen 10.1. Das Higgs-Boson 10.1.1. Spontane Symmetriebrechung Problem: SU(2)LU(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
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
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
Higgs-Verzweigungsverhältnisse vs. Higgs-Masse
Wichtigste Higgs-Zerfallskanäle am LHC: H mH ≲ 150 GeV: mH ≳110 GeV H H mH 110 200 GeV
Ausgeschlossen: mH 111–122 und mH 131–559 GeV Kombinierte ATLAS-Grenzen auf ? Ausgeschlossen: mH 111–122 und mH 131–559 GeV
Entdeckung eines neuen Bosons (Juli 2012): ATLAS CMS Neues Boson mit Spin 0 oder 2 bei 125-126 GeV!
Bestätigung des Signals! ATLAS CMS Bestätigung des Signals!
Bestätigung des Signals! ATLAS CMS Bestätigung des Signals!
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!
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
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
10.2.2. Solare Neutrinos Fusionszyklen hoher Neutrinofluss von der Sonne schwache WW
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?
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!
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)
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:
Beobachtung: Zenitwinkelabhängigkeit Erde Detektor -Erzeugung -Erzeugung -Oszillation auf dem 12 700 km langen Weg durch die Erde
Ausschlussgrenzen für spezifische Oszillationskanäle 95% CL Konturen für beobachtete Oszillationen