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Sebastian ReinickeSeminar Astro- und Teilchenphysik
WS 2008/09
InhaltExperimente am LHC
AliceLHCbAtlasCMS
Higgs-MechanismusErwartete Produktion am LHCErwartete Beobachtungen beim ATLAS/CMS
LHC – Large Hadron ColliderUmfang 27km ~ 9600 Magnetepp Collider 7TeV /BeamPb-Pb Collider 575TeV /Beam600 Millionen Kollisionen /s11245 Umläufe /s1,1 * 10^11 p / BunchLum. =10 nb^-1
Atlas
CMS
AliseLHCb
Alice – A Large Ion Collider Exp.Ziel: Erzeugung von Quark-Gluon-Plasma durch Kollision von p und Schwerionen Im QGP sind Quarks frei – normal gebunden (duo Meson, trio Baryon) Erforschen was die Quarks zusammen hält (QCD)
26m lang, 16m breit16m hoch10000t
LHCb – LHC BeautyZiel: Teilchen mit b-Quarks
erforschen Interressieren sich vorallem für
bestimmte Erhaltungssätze und die CP-Verletzung (C-charge, P-parity)
21m lang, 13m breit10m hoch5600t
Atlas – A Toroidal LHC ApparturSZiel: Nachweis des
Higgs-Bosons Nachweis der
Supersymmetrie
46m lang,25m Durchmesser7000t
CMS – Compact Muon SolenoidZiel: Wie ATLAS
21m lang15m Durchmesser12500t
Aufbau des CMS Detektors
LHC und Experimente
Higgs MechanismusFrage: Warum haben die Elemetarteilchen
unterschiedliche Massen? 1964 Peter Higgs postuliert skalares HintergundfeldHiggsfeld Widerstand für Teilchen
Trägheit
Masse
Kopplung über Higgs-Bosonen
Higgs-Comic
sich leise unterhaltende Physiker füllen den RaumHiggshintergrundfeld
berühmter Physiker betritt den Raum, jeder will sich mit ihm unterhalten
berühmter Physiker wird beim durchqueren des Raumes behindert
Warum ist das Higgs so wichtig?einfachste bekannte und experimentell konsistenteste
Erklärung für die Masse der EichbosonenGrundlegende Theorie erfordert Masselose Eichbosonen
da sie sonst math. nicht Lösbar istW- und Z- Bosonen haben große MassenVereinheitlichung von elektromagnetischer und
schwacher WWexperimentelle Bestätigung vieler Eigenschaften
Standardmodell gilt als gut abgesichert
Theoretische Berechnungen
Standardmodell muss modifiziert werden
Eichtheorie spontane Symmetriebrechung
Modifizierung des SMEinführung eines komplexen selbstwechselwirkenden
Potentials:global Eichinvariant mit erfülltfür Grundzustand Erwartungswert im VakuumWellengleichung: Beschreibt freies Teilchen der MasseFeld wird Antiteilchen zugeordnet
Modifizierung des SMspontane SB wenn
Erwartungswert
mit
System muss sich entscheiden
unendlich viele Grundzustände z.B.:
Modifizierung des SMEichsymmetrie im Grundzustand nicht realisiertAbleitung der Wellengleichung ergibt 2 Teilchen
Goldstoneboson mit Masse 0und Higgs-Boson mit Masse
Einführung der lokalen Eichtransformationim GSW-Modell wird der WW masseloser W-Bosonen
und Fermionen V zugefügtФ jetzt komplexes Isoduplett vier reelle Felder
Modifizierung des SMRechnung ergab Teilchenspektrum von drei
Vektorbosonen:
und Higgs-Boson:
was fehlt ist das Higgs-Boson
Suche nach dem Higgs-BosonBekannt:
wird benötigt um Masse der Teilchen zu erklären keine Ladung ganzahligen Spin 0 Skalarboson mH > 112GeV bestätigt durch Messungen am LEP theoretische Obergrenze von 1TeV Massenabschätzung Fermilab (2006): 117GeV < mH < 153GeV
(Messung der W-Bosonen-Masse)
Erzeugung der Higgs-BosonenVektorbosonenfusion
Quarks ergeben zwei Jets Eventreduzierung des Hintergrundes
Gluonfusion
tt-Fusion
Wirkungsquerschnitt für Higgs Produktionwird von Gluon-Gluon-
Fusion dominiert zweit stärkster Anteil ist
Vektorbosonenfusion
Zerfallskanäle für unterschiedliche H-MassenMasse > 150GeV:
Vektor-Bosonen dominieren
Masse < 150GeV domineren, auch Photon-
Leptonendzustände
Erwartete Detektion am ALTASLinien = detektierbarRest mit Neutrinos =
nicht direkt detektierbar
einige hunderte bis 150GeV
Bester Kanalschächer aber
komplettes Spektrum
CMS – Simulationen von Zerfällen bei verschiedener H-Masse
80-140 GeV 130-700GeV 0,5-1 TeV
Signifikanz & SignaleZiel der Detektoren ATLAS und CMS - Sicherstellung das
Higgs endeckt werden kann (100GeV-1TeV)
Signalsignifikanz: (im Signalbereich)
bestätigte Endeckung2 hochpräzise
Endeckungskanäle
z.B. 120GeV Higgs in CMS
SignaleSehr klares Signal bei
(ATLAS)geringere Produktionsrateeffektive
Hintergrundunterdrückung
Paar nur Nachweisbar bei tt-Fusion
SignaleZiel ist somit theoretisch erreicht
Higgs-Boson wird falls es exisitiert in dem Bereich von 100GeV-1TeV endeckt werden
QuellenSpringer-Lehrbuch, Teilchen und KerneThe European Physical Journal C - Particles and Fieldshttp://public.web.cern.ch/public/http://atlas.ch/http://cms-project-cmsinfo.web.cern.ch/cms-project-
cmsinfo/index.htmhttp://jaxodraw.sourceforge.net/
ENDE
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