Om Particle Data Group och om Higgs bosonens moder : sigma mesonen

Transkript

1 Om Particle Data Group och om Higgs bosonens moder : sigma mesonen

2 Abstract Samtidigt som jag in på 1980 talet blev intresserad av huruvida den kontroversiella spinnlösa "sigma mesonen" existerar eller ej, kom jag med i Particle Data Group som utger Review of Particle Properties. Denna publiceras vartannat år och på över 1300 sidor innehåller de viktigaste data och revyartiklar inom partikekfysiken m.m. Sigma mesonen förutspåddes i den s.k. sigma modellen redan på 1950 talet av Schwinger, Gell Mann, Levy, Ben Lee, Nambu m.fl., men dess existens var länge tvivelaktig. Därmed introducerades spontant symmetribrott i partikelfysiken, och sigma modellen var den första modellen för att förstå protonens och neutronens massa. Det väsentliga i sigma modellen kopierades sedermera till "Standardmodellen" inom den s.k. Higgs sektorn för att förklara fundamentala kvarkar, leptoners, W, och Z bosoners massor, men med en c:a 250 ggr större energiskala. För att förstå protonens (och all baryonisk) massa behövs dock fortfarande någon form av den ursprungliga sigma modellen. Higgs bosonens existens försöker nu CERN (och Fermilab) nästa år med nystartade Large Hadron Collider och enorma experiment bevisa. Den är minst 140 ggr tyngre än protonen och sigma mesonen.

3

4 The PDG Empire

5 Collaboration Particle Data Group collaboration of 170 authors from 20 countries and 108 institutions consultants in the HEP community

6 Top Cited The Review is the all time top cited article in High Energy Physics with 30,000 citations (SLAC SPIRES) SPIRES)

7 Vital roles of CERN, Japan, SLAC, Retirees (written for DOE Review)

8 PDG utger Reviews of Particle Properties varannat år en sammandrag av fundamentala partiklars egenskaper och review artiklar Matts Roos var med från början c:a år 1957 NT sedan 1984 (i 13 editioner) samtidigt som jag blev intresserad av huruvida den kontroversionella sigma mesonen existerar eller ej. Från 20 till 108 författare. Den hade föreslagits redan 1957 i den sk sigma modellen. Av Schwinger, Gell Mann, Levy, Lee. Sigmas existens var då starkt ifrågasatt. Sigmamodellen har sedermera i stort sett kopierats i den enklaste modellen för Higgs sektorn i standard modellen men för en betydligt högre energiskala ( ggr.) Sigma mesonen viktig för att förstå nukleonens massa liksom Higgs bosonen är viktig för kvark och lepton massorna.

9

10

11

12

13 I = J = 0 f 0 (980) 1 T M ( ) (GeV) KK

14 I = J = 0 Zou

15 Vätetomen i vakuum eller i ett kondensat? vacuum the Dirac sea e p + vacuum the Dirac sea e e e + e e e

16 Normalt betraktar vi väteatomen som en massiv proton kring vilken en massiv elektron är bunden av fotonfältet enligt kvantfysikens lagar, men där finns inget kondensat av Higgs eller sigma. Mesoner är kvark antikvark tillstånd och sigmamesonen har vakuumets kvanttal dvs spinn 0,paritet +, C=+, laddning=0 osv. Den kan kondenseras i vakuumet och ge protonen, baryoner och andra mesoner massa Higgs bosonen likaledes i elektrosvag växelverkan antas ge elektronen,leptoner, W, Z och kvarkar massa genom en lämplig välvald koppling

17 I Higgs mekanismen får Higgs fältet liksom sigma får ett väntevärde i vakuumet. Ett slags kondensat bildas med vilket fermioner, bosoner och mesoner får en massa olik noll. fermion Higgs bosonen kondenseras i vakuumet <H> > V =246 GeV Men protonens massa skulle vara bara några procent av den verkliga ty kvarkmassorna är små. För att få rätt massa behövs även ett annat kondensat av sigma (92,6 MeV). Dvs största delen av vår massa kommer från sigma kondensat ej Higgs. fermion, (t.ex elektron,kvark) Boson (t.ex. W,Z,H)

18 Hadron masses 2

19 Spontant symmetribrott

20 Ground State Vacuum Chiral symmetry breaking vacuum

21 The U3xU3 linear sigma model with three flavours If there is no symmetrybreakingtermonegetsfor negative 2 spontaneous chiral symmetry breaking and the Mexican hat potential Cylindrical symmetry m = m Cylindrical symmetry m = 0, m proton mass>0 and constituent quark mass 300MeV Confinenent7 Conference Azores, 2 Sept 2006 Light Scalars Z3 Nils.A. Törnqvist 21

22 Potentialen kan vara mera komplicerad. Den kan tex ha 3 minima: An example of the potential V( ) plotted as a contour plot in the complex plane = s 0 +ip 0 Here =0, +3 =11.5, = 11.5 There are 3 minima! Second derivatives at one minimum gives singlet mass and scalar singlet mass Confinenent7 Conference Azores, 2 Sept 2006 Light Scalars Z3 Nils.A. Törnqvist 22

23 I Higgs mekanismen får Higgs fältet liksom sigma får ett väntevärde i vakuumet. Ett slags kondensat bildas med vilket fermioner, bosoner och mesoner får en massa olik noll. fermion Higgs bosonen kondenseras i vakuumet <H> > V =246 GeV Men protonens massa skulle vara bara några procent av den verkliga ty kvarkmassorna är små. För att få rätt massa behövs även ett annat kondensat av sigma (92,6 MeV). Dvs största delen av vår massa kommer från sigma kondensat ej Higgs. fermion, (t.ex elektron,kvark) Boson (t.ex. W,Z,H)

24 Sammanfattning att minnas: Higgsbosonen som LHC på CERN nu i stora experiment försöker finna förklarar inte protonens och neutronens massor. Bara små s.k. chirala kvark och lepton massor och W,Z,H bosonernas massor För att förstå största delen av vår massa (och det synliga universums baryoniska massa) behövs även ett kondensat av sigma (kvark antkvark kondensat). Denna förutspåddes redan 1957 i den lineära sigmamodellen, men dess existens erkändes först 1996 år och dess massa bestämdes med stor noggrannhet först år På Particle Data groups (Review of Particle Physics) sidor på internet finns massor av nyttiga fysikaliska data. Tack för mej