Αναζήτηση σωματιδίου Higgs στο LHC

Αναζήτηση σωματιδίου Αναζήτηση σωματιδίου HiggsHiggs στο στο LHCLHC

Υπευθ. Καθηγήτρια: Θεοδώρα ΠαπαδοπούλουΥπευθ. Καθηγήτρια: Θεοδώρα ΠαπαδοπούλουΣπύρου ΔημήτριοςΣπύρου Δημήτριος

ΠεριεχόμεναΠεριεχόμενα

Καθιερωμένο Πρότυπο (Καθιερωμένο Πρότυπο (Standard Model)Standard Model)

Αναγκαιότητα μηχανισμού Αναγκαιότητα μηχανισμού HiggsHiggs

Μηχανισμός Μηχανισμός HiggsHiggs

Ανίχνευση σωματιδίου Ανίχνευση σωματιδίου HiggsHiggs

Καθιερωμένο ΠρότυποΚαθιερωμένο Πρότυπο

Καθιερωμένο ΠρότυποΚαθιερωμένο Πρότυπο

Εξισώσεις Εξισώσεις Euler-LagrangeEuler-Lagrange

L =T –VL =T –V

→ Εξισώσεις κίνησης ( π.χ. K-G)

Καθιερωμένο ΠρότυποΚαθιερωμένο ΠρότυποΑν η Αν η Lagrangian Lagrangian ενός συστήματος είναι αναλλοίωτη κάτω απόενός συστήματος είναι αναλλοίωτη κάτω από μετασχηματισμούς της παρακάτω μορφής έχουμε κάποια μετασχηματισμούς της παρακάτω μορφής έχουμε κάποια συμμετρίασυμμετρία

Οι τελευταίες εισάγουν διανυσματικά πεδία βαθμίδας που μπορούν να περιγράψουν αλληλεπιδράσεις και μετασχηματίζονται όπως παρακάτω:

Αν το α είναι ανεξάρτητο του χωροχρονικού σημείου → Καθολικές συμμετρίες (π.χ. διατήρηση βαρυονικού αριθμού)

Σε αντίθετη περίπτωση → Τοπικές συμμετρίες (π.χ. διατήρηση ηλ. φορτίου)

Καθιερωμένο ΠρότυποΚαθιερωμένο Πρότυπο

SUSUCC(3)XSU(3)XSULL(2)XU(2)XUYY(1)(1)

Ισχυρές αλληλεπιδράσεις8 γεννήτορες = 8 γλουόνια διαφορετικού χρώματος

Ηλεκτρασθενείς αλληλεπιδράσεις 4 διαδότες Β1,Β2,Β3,B0 η μίξη των οποίων δίνει τα γ, W± , Z0

Αναγκαιότητα του Αναγκαιότητα του μηχανισμού μηχανισμού HiggsHiggs

Η Η Lagrangian Lagrangian ενός συστήματοςενός συστήματος παραμένει παραμένει αναλλοίωτη κάτω από τοπικούς αναλλοίωτη κάτω από τοπικούς μετασχηματισμούς βαθμίδας μόνο αν τα μετασχηματισμούς βαθμίδας μόνο αν τα σωματίδια που περιγράφει είναι άμαζασωματίδια που περιγράφει είναι άμαζα

Επιπλέον οι διαδότεςΕπιπλέον οι διαδότες της αλληλεπίδρασης της αλληλεπίδρασης πρέπει να έχουν πρέπει να έχουν m=0m=0

Πειραματικά: Πειραματικά: mmf f & m& ml l ≠ 0≠ 0

mmww~80 GeV m~80 GeV mzz~90 GeV~90 GeV

Μηχανισμός Μηχανισμός HiggsHiggs

TTην λύση στο πρόβλημα ήρθε ην λύση στο πρόβλημα ήρθε να δώσει ο να δώσει ο Peter Higgs Peter Higgs το το 1964 προτείνοντας μία νέα 1964 προτείνοντας μία νέα θεωρία.θεωρία.

1)1) Το κενό είναι γεμάτο από Το κενό είναι γεμάτο από το πεδίο το πεδίο HiggsHiggs

2)2) Τα σωματίδια Τα σωματίδια αλληλεπιδρώντας με το αλληλεπιδρώντας με το HiggsHiggs αποκτούν μάζα αποκτούν μάζα

3)3) Βαρύ σωματίδιο Βαρύ σωματίδιο μικρός χρόνος ημιζωήςμικρός χρόνος ημιζωής

Μηχανισμός Μηχανισμός HiggsHiggs

Αυθόρμητο σπάσιμο διακριτής συμμετρίας Αυθόρμητο σπάσιμο διακριτής συμμετρίας Υποθέτουμε βαθμωτό πεδίο φ με Υποθέτουμε βαθμωτό πεδίο φ με

και και

42

4

1

2

12 V

VL ))((2

1

Ελάχιστο όταν

v

2

v

Μηχανισμός Μηχανισμός HiggsHiggs

Αν τότε Αν τότε )( v

)()4

1())((

2

1 4322 vVvvL

Από με 0m καταλήξαμε σε ένα

22),( m πεδίο

Μηχανισμός Μηχανισμός HiggsHiggs

Αυθόρμητο σπάσιμο εκτεταμένης Αυθόρμητο σπάσιμο εκτεταμένης συμμετρίας βαθμίδοςσυμμετρίας βαθμίδος

Δημιουργείται ένα άμαζο βαθμωτό Δημιουργείται ένα άμαζο βαθμωτό μποζόνιο (μποζόνιο (Goldstone bozon) Goldstone bozon) και ένα και ένα βαθμωτό πεδίο με μάζαβαθμωτό πεδίο με μάζα

)(2

121 i

)()( ie

Μηχανισμός Μηχανισμός HiggsHiggs

Αυθόρμητο σπάσιμο τοπικής Αυθόρμητο σπάσιμο τοπικής συμμετρίας βαθμίδοςσυμμετρίας βαθμίδος

Τώρα έχουμε πεδίο βαθμίδας με μάζα!Τώρα έχουμε πεδίο βαθμίδας με μάζα!

)1()1()2( QYL UUSU

0

Ανίχνευση σωματιδίου Ανίχνευση σωματιδίου HiggsHiggs

Ο μηχανισμός Ο μηχανισμός HiggsHiggs αναμένεται να αναμένεται να ελεγχθεί πειραματικά στο ελεγχθεί πειραματικά στο LHCLHC

Ο επιταχυντής LHC στο CERN και κάποιοι από τους ανιχνευτές

Ανίχνευση σωματιδίου Ανίχνευση σωματιδίου HiggsHiggs

Τα πειράματα που θα ερευνήσουν την Τα πειράματα που θα ερευνήσουν την ύπαρξη του ύπαρξη του HiggsHiggs είναι το είναι το ATLAS & ATLAS & το το CMSCMS

Ανίχνευση σωματιδίου Ανίχνευση σωματιδίου HiggsHiggs

LHC:LHC:κυκλικός κυκλικός αδρονικός αδρονικός επιταχυντής επιταχυντής σωματιδίων σωματιδίων περιφέρειας 27Km και περιφέρειας 27Km και διαμέτρου 3.8m διαμέτρου 3.8m

1232 υπεραγώγιμοι 1232 υπεραγώγιμοι διπολικοί μαγνήτες διπολικοί μαγνήτες παράγουν μαγνητικό παράγουν μαγνητικό πεδίο 8.36 Tπεδίο 8.36 T

Λαμπρότητα L=Λαμπρότητα L=10103434cmcm--

22ss-1-1 & & EEc.m.c.m.= 14 TeV= 14 TeV

Ανίχνευση σωματιδίου Ανίχνευση σωματιδίου HiggsHiggs

Μηχανισμοί παραγωγής από τις Μηχανισμοί παραγωγής από τις συγκρούσεις p-pσυγκρούσεις p-p

Ανίχνευση σωματιδίου Ανίχνευση σωματιδίου HiggsHiggs

Ανίχνευση σωματιδίου Ανίχνευση σωματιδίου HiggsHiggs

Κριτήρια αποδοχής σήματοςΚριτήρια αποδοχής σήματος

2 λεπτόνια με 2 λεπτόνια με 2 λεπτόνια με2 λεπτόνια με

lZZH 4*

Ανίχνευση σωματιδίου Ανίχνευση σωματιδίου HiggsHiggs

Κριτήρια επιλογήςΚριτήρια επιλογής

1)Ηλεκτρόνιο με 1)Ηλεκτρόνιο με

ή μιόνιο με ή μιόνιο με

2) 2 2) 2 b-jets b-jets μεμε

Ανίχνευση σωματιδίου Ανίχνευση σωματιδίου HiggsHiggs

Ανίχνευση Higgs μέσω διάσπασης σε 4 λεπτόνια

eeH

Ανίχνευση σωματιδίου Ανίχνευση σωματιδίου HiggsHiggs

bbWH

Ανίχνευση Higgs μέσω διάσπασης σε μιόνιο μιονικό νετρίνο και 2 b-jets

ΒιβλιογραφίαΒιβλιογραφία

1)1) ATLAS Detector and Physics Performance Technical ATLAS Detector and Physics Performance Technical Design ReportDesign Report

2)2) Particle Physics, GriffithsParticle Physics, Griffiths

3)3) Gauge theory of elementary particle physics, Cheng & LiGauge theory of elementary particle physics, Cheng & Li

4)4) Σωματιδιακή φυσική, ΒαγιονάκηςΣωματιδιακή φυσική, Βαγιονάκης

5)5) www.physics4u.grwww.physics4u.gr

6)6) www.public.web.cern.chwww.public.web.cern.ch

7)7) www.atlas.chwww.atlas.ch

8)8) CERN Summer Lectures 2005, A.PichCERN Summer Lectures 2005, A.Pich