Die Suche nach dem Higgs - Boson

Präsentation zum Thema: "Die Suche nach dem Higgs - Boson"—  Präsentation transkript:

1 Die Suche nach dem Higgs - Boson
von Kristin Heine

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

3 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

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

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

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

7 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)

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

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

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

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

12 Zerfallsvarianten des Higgs

13 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

14 Mögliches Higgs - Event

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

16 Das ALEPH – Experiment

17 ALEPH – Schematischer Aufbau

18 Die Time Projection Chamber

19 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

20 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)

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

22 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

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

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

25 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

26 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

27 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.

28 Derzeitiger Erkenntnisstand
Gelber Bereich: bereits ausgeschlossen Ergebnisse aus bisherigen Experimenten

29 LHC Schwerpunktsenergie von 14 TeV

30 Simulation eines Higgs – Events am CMS

31 Viel Glück beim Suchen !