Krävs för att kunna förklara varför W och Z bosoner har massor.

Transkript

1 Higgs Mekanismen Krävs för att kunna förklara varför W och Z bosoner har massor. Ett av huvudmålen med LHC. Teorin förutsäger att W och Z bosoner är masslösa om inte Higgs partikeln introduceras. Vi observerar experimentellt att W och Z bosoner är tunga partiklar. Higgs mekanismen räddar standardmodellen, men det återstår att bevisa genom att upptäcka Higgs partikeln. ATLAS och CMS experimenten ska kunna upptäcka eller utesluta Higgs partikel i hela det tillåtna massområdet 1

2 Spontant Symetri Brott Vid temperatur högre än T curie magnetiska domäner pekar åt alla håll. Magnetisering = 0 Samma sak hände med Higgs bosonens vacuum expectation value vid Big Bang H Övergång till det kalla, symetribrytna tillståndet skedde tidigt efter Big Bang H Vid låg temperatur magnetiska domäner pekar åt samma håll. Magnetisering blir 0 Higgs fältet finns överallt även i tom rum och det är växelverkan mellan partiklar och Higgs bosonen som ger upphov till partiklarnas massor. 2

3 Higgs Produktion och Sönderfall Higgs massan (m H ) förutsägs inte av Standardmodellen Olika möjliga sluttillstånd I praktiken letar man efter All möjliga sluttillstånd Kombinera statistiskt resulaten Huvudkanaler: H γγ H WW H ZZ m.m. Andel av sönderfallen Higgs sönderfall som funktion av m H m H 3

4 Higgs Produktion och Sönderfall Sökandet efter Higgs blir svårare pga att man inte vet m H Man måste investigera hela det möjliga mass intervallet H WW 4

5 Higgs vid LHC med data H γγ signalen och bakgrunder 5

6 Partikelsammansättning (Compositeness) Vissa eller alla partiklar som betraktas som elementära dvs punktlika idag, skulle kunna betstå av preoner. Rutherford experiment var det första testet för en atom. Materiafördelning inuti atomen påverkar vinkelfördelning av dem spridna partiklarna. 6

7 Proton sammansättning= Kvarkar Låg rörelsemängd sond kan inte lösa upp kvarkarna proton u u d Hög rörelsemängd sond kan lösa upp kvarkarna om p är stor nog våglängden blir mindre än u d protonen (1 fm=10-15 m) <10-15 m ~ E>0.1 GeV (kinetisk energi >~10% av protonens viloenergi u 7

8 Kvark sammansättning? Vad händer om vi tillverkar λ mindre än ~10-19 m Kvark fortfarande punktlik?????????????? Utsikter för kvarksammansättning med ATLAS Protoner i LHC strålarna: p= TeV ~ ungefär energin hos kvarkar och gluoner i protonen λ på ca ~10-19 m (en storlekordning mindre än tidigare accltorer) Har kvarkarna beståndsdelar då kommer rörelsemängden och rörelsemängdsmoment hos slutprodukterna att påverkas. 15 TeV = m 20 TeV = m 25 TeV = m s=14 TeV L=30 fb -1 8

9 Kvark sammansättning? p p q or g q* g jet q jet slutprodukterna Invarianta massan för två 4-vektorer p 1, p 2 m 2 p1,p2 = (E 1 +E 2 )2 (p 1 +p 2 ) 2 Preliminärt utesluten region med ATLAS 400 < m q < 1290 GeV (~ m) 9

10 The calibrated jet pt values reconstructed are 455 and 392 GeV, giving a dijet invariant mass of 800 GeV. 10

11 Exempel på Invariant Massa: Z bosonen ATLAS och CMS har återupptäckt Z och W bosoner Viktiga signaler för kalibrering av detektorerna Antalet Z och W bosoner förutsägs av standard modellen Det kan användas för att testa standardmodellen q _ q 11

12 Z Produktion Tvärsnitt Tvärsnitt ~ sannolikhet att producera en Z boson i en p-p kollision Vi kan jämföra det observerade sannolikeheten att producera Z bosoner med Standardmodellens förutsägelse. Detta prövar vår förståelse av Quantum Chromo Dynamics Protonens innehåll 12

13 13

14 Supersymetri Starta fråm Standard modellen Materiepartiklar (fermioner) = kvarkar, leptoner, neutriner Kraftförmeddlare (bosoner) = foton, gluon, W och Z bosoner Olika egenskaper hos fermioner och bosoner Supersymetri = ny symetri i Naturen mellan fermioner och bosoner 14

15 Supersymetri Starta fråm Standard modellen Lägg till 1 Susy partner per SM partikel 15

16 Motivering för Supersymetri Lättaste SUSY partikeln är stabil och utgör en utmärk kandidat för mörkmateria (oladdad, tung, svagväxelverkan) Förklarar hierarki problemet Föreningen av naturens krafter Asymetri mellan materia och anti-materia Förre Ursprunglig mat+antimat Nu 16

17 Supersymetri Experimentellt p ~ q q ~ q χ~ 0 2 l ~ l R l χ~ 0 1 p ~ g ~ q Mörkmateriekandidat! Långa sönderfallskedjor med många partiklar. Den lättaste SUSY partikeln lämnar detektor spårlöst saknad energi! Kollisioner med SUSY ser ut som rörelsemängden inte bevaras E T miss = Vektor summa av alla rörelsemängder Borde vara noll, inom den experimentella upplösningen. Både SUSY och neutriner kan leda till höga värden av E T miss 17

18 18

19 Supersymetri och Saknade Energi Saknad energi används för att leta efter supersymetri i LHC ATLAS och CMS data Saknad Energi E T miss 19

20 Supersymetri Effektiv Massa används för att leta efter supersymetri och för en grov uppskattning av SUSY partiklarnas massor. M eff = Skalar summa av alla rörelsemängder uppmäta i planet vinkelrätt med strålriktningen På sikt, med hela LHC dataset kommer man kunna excludera eller hitta SUSY i hela det relevanta massområdet Effektiv Massa 20

21 Framåtblick Be ready for slhc New ID + address radiation/rate in LAr end-cap if needed Int. Luminosity Consolidation + new external beam pipes Phase L int ~ 1 fb -1 - Be ready for ultimate Luminosity - Insert new pixel b-layer (IBL) - Upgrade various systems for a better and sharper LVL1 trigger Phase -1 L int ~ fb -1 LHC-HL L int ~ 300 fb -1 L p < L p ~ L p ~ year L int / year = fb -1 Shutdown requirements : Phase-0 : 15 months (defined by the LHC consolidation) : 2012 to spring 2013 Phase-1 : 12 months (time necessary to install the new pixel b-layer) : entire 2016 Phase-2 : 18 months to install and debug the new ID detector : months technical stop at Xmas Could run to 2030 and provide 3000 fb-1 21

22 Slutsatser och Framåtblick LHC acceleratorn och experimenten är i full gång med att ta data ATLAS och CMS presenterade ca. 35 nya fysikmätningar var för sig vid sommarkonferenserna Först publikationerna har kommit ut Efter bara 6 månader data-tagning produceras resultat som är starkare än Tevatron acceleratorn efter 10 år data-tagning Nya resultat inom QCD, Electroweak, SUSY, Compositeness, ED, redan i pipeline som ska publiceras Den fulla dataset tagen över mer än 10 år, behövs för att nå den fulla potentiallen Vi ser framemot nya fenomen om den allra minsta mikrokospiska världen 22

23 23

24 Big bang Particle Physics pushes the limit of knowledge towards shorter times t=0 t~10 µs t~1 ms 24

25 Universums totalla innehåll The most precise observation today (WMAP) 25

26 Universum när den var år gammal 26