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Das Higgs -Teilchen - D er letzte Baustein im Standard Modell

Das Higgs -Teilchen - D er letzte Baustein im Standard Modell. Warum ist das Higgs so wichtig? Amand Fäßler, Tübingen. Geeichte Maße; Lokale Eichung. Lokale Längen-Eichung: Ulmer Elle, Augsburger Elle, Nürnberger Elle, …. Globale Längen-Eichung (Napoleon): Meter

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Das Higgs -Teilchen - D er letzte Baustein im Standard Modell

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Presentation Transcript

  1. Das Higgs-Teilchen-Der letzte Baustein im Standard Modell Warum ist das Higgs so wichtig? Amand Fäßler, Tübingen.

  2. Geeichte Maße; Lokale Eichung • Lokale Längen-Eichung: Ulmer Elle, Augsburger Elle, Nürnberger Elle, …. • Globale Längen-Eichung (Napoleon): Meter • Gleicher Messwert für alle lokale Eichungen  Länge = 0 • Masse der Elementarteilchen unabhängig von lokaler Eichung  Masse = 0 Amand Fäßler, Tübingen

  3. Messwert invariant gegen diese lokalen Eichungen nur die Länge „null“. • Lokale Eichung möglich, denn kein Ort ausgezeichnet! • Lokaler Eichinvarianz für alle Kräfte-Teilchen (elektromagnetische Kräfte, Schwache Wechselwirkung, Kernkräfte)  Masse = 0 . • Bei Masse=0 (Photon, Gluon) kein Higgs notwendig. Amand Fäßler, Tübingen

  4. Higgs-Teilchen  lokale Eichinvarianz mit Masse • Peter Higgs von der Universität Edinburgh - heute 83 Jahre alt . • Juli 1964 bei „Physical Review Letters“ abgelehnt, •  bei „Physics Letters“ veröffentlicht. • Francois Englert, Robert Brout + (Brüssel) :August 1964 • Peter Higgs: + zwei Wochen September 1964 • Gerald Guralnik/US, Carl Hagen/US, Tom Kibble/Imperial College, London UK: Nov. 1964 Amand Fäßler, Tübingen

  5. Peter Higgs von der Universität Edinburgh (83 Jahre) + Francois Englert, Brüssel (80 Jahre). 4. Juli 2012 im CERN/GENF bei der Vorstellung der eventuellen Entdeckung des Higgs-Teilchens. Amand Fäßler, Tübingen

  6. Kibble, Guaralnik, Hagen, Englert, Brout +November 1964 ; August 1964 Higgsionen ? Amand Fäßler, Tübingen

  7. Die ersten Publikationen zum Higgs: • Peter Higgs, Phys. Lett. 12 (1964) 132 eingesandt: 27. Juli 1964 (Doch eingesandt an P.R.L . früher, abgelehnt.) • Robert Brout +, Francois Englert, Phys. Rev. Lett. 13 (1964) 321 eingesandt: 26. Juni 1964 • Gerald Guralnik, Carl Hagen, Thomas Kibble, Phys. Rev. Lett. 13 (1964) 585 eingesandt: 12. Oktober 1964 Amand Fäßler, Tübingen

  8. Standard Modellein elementatarteilchen Materie-Teilchen Kräfte-Teilchen Amand Fäßler, Tübingen

  9. Proton-Neutron (keine elektrische Wechselwirkung) Coulomb-Kraft zwischen zwei Protonen (elektrische WW) Amand Fäßler, Tübingen

  10. Das Higgs-Teilchen ist ein Flavor-Dublett wie das Proton-Neutron-Paar oder die up und down-Quarks. (Higgs hat Flavor-Ladung) Higgs kann es nur mit Teilchen mit Flavor-Ladung wechselwirken. Photon = g = Isospin-Singulett(Hat keine Flavor-Ladung); Gluon = g = Isospin-Singulett(Hat keine Flavor-Ladung); Amand Fäßler, Tübingen

  11. Wechselwirkung des Higgsmit den Elementar-Teilchen.Diese erhalten Masse. Amand Fäßler, Tübingen

  12. Potential des Higgs-Teilchens als Funktion seiner Wellenfunktion F = H Das Higgs wechselwirkt mit anderen Teilchen über die „Flavor“-Ladung. Amand Fäßler, Tübingen

  13. Die nächsten 5 Minuten nur für Naturwissenschaftler verständlich. • Ich möchte mich bei den anderen Zuhörern entschuldigen. Amand Fäßler, Tübingen

  14. Lokale Eichung bei Wellenfunktionen y(Ort, Zeit) der Elementarteilchen e = Eulersche Zahl = 2,718281828…. Zinseszins: K = limnunendl.K0[1+1/n]n = K0 e Imaginärteil i Umeichung von y: 1 Realteil -1 Dieser Ausdruck ist invariant unter lokaler Eichung! Amand Fäßler, Tübingen

  15. Lokale Eichung erster Art. Wenn man dies nun in die Schrödinger-Gleichung einsetzt, wirken die Ableitungen auch auf die Eichung. Nicht mehr lokal eichinvariant. Amand Fäßler, Tübingen

  16. Lokale Eichung zweiter Art (Elektrodynamik). z-Komponente des Magnetfeldes: Amand Fäßler, Tübingen

  17. Wechselwirkung elektromagnetischer Felder mit geladenen Teilchen Die Terme der Eichung erster Art und die Terme der Eichung zweiter Art heben sich ohne Masse in der Schrödinger- oder in der Dirac-Gleichung exakt weg. Amand Fäßler, Tübingen

  18. Lokale Eichung bei Wellenfunktionen: Nur lokal eichinvariant für Masse = 0. Durch Einführung des „Higgs“ konnte Peter Higgsund andere 1964 die lokale Eichinvarianz auch für Teilchen mit Masse wieder herstellen. Lokale Wahl (Eichung) vom Winkel f(Ort,Zeit) und endliche Masse erfordert das HiggsTeilchen! Amand Fäßler, Tübingen

  19. Lokale Eichinvarianz-Verletzung mit Massen-Term (für Photon). Mit „Higgs“ haben alle Teilchen ursprünglich die Masse = 0 (lokal eichinvariant) und die Flavor-Wechselwirkung erzeugt für Teilchen mit Flavor-Ladung einen Term, der Masse „simuliert“. Amand Fäßler, Tübingen

  20. Szenarium (wieder für Alle): • Beim Urknall sind sehr viele Higgs-Teilchen entstanden <Higgs> = 0. Bei der Expansion und Abkühlung zerfallen sie nicht <Higg> größer 0. Amand Fäßler, Tübingen

  21. Potential des Higgs-Teilchens als Funktion seiner Wellenfunktion F = H Amand Fäßler, Tübingen

  22. Szenarium (wieder für Alle): • Beim Urknall sind sehr viele Higgs-Teilchen entstanden. Bei der Expansion und Abkühlung zerfallen sie nicht. Higgs-Kondensat im ganzen Universum: <Higgs> grösser als 0. • CDU-Parteimitglieder im Foyer bei einem Parteitag und Frau Merkel kommt herein. Amand Fäßler, Tübingen

  23. Frau Merkel auf dem CDU-Parteitag Frau Merkel erhält eine große effektive Masse Amand Fäßler, Tübingen

  24. Der „Large Hadron Collider“(LHC) bei Genf ist ein Ringbeschleuniger von 27 km Länge mit einer Kollisionsenergie von Proton auf Proton von 4+4 = 8 [TeV] = 8*1012[eV] = 8 Billionen [eV]. 4TeV Protonen 4TeV Protonen Amand Fassler, Tübingen

  25. Beschleuniger-Verbund am CERN in Genf. (LHC 2008) 10 TeV (LHC 2010) 7 TeV 2012 : 8 TeV 450 GeV 25 GeV Im Ring: 1700 Biegemagnete und 1700 Fokussierungsmagnete mit Einschuß über 10 000 Magnete Amand Fassler, Tübingen

  26. Untergrundtunnel mit Experimente ATLAS, CMS und andere und Lastaufzügen 27 km lang und etwa 100 Meter tief. Amand Fassler, Tübingen

  27. Teil der 27 km langen Strahlführung und Beschleunigungsstrecke des „Large Hadron Colliders“. Amand Fassler, Tübingen

  28. Blick auf den ATLAS-Detektor Amand Fäßler, Tübingen

  29. Amand Fäßler, Tübingen

  30. Proton-Proton-Kollision am LHC/ATLAS Amand Fäßler, Tübingen

  31. Zerfall des Higgs in zwei Gamma -Quanten Masse(HIGGS) = 126 GeV Amand Fäßler, Tübingen

  32. Zerfall des Higgs in zwei energiereiche Photonen (Gamma-Quanten) Amand Fäßler, Tübingen

  33. Das Higgs zerfällt in zwei Vektorbosonen Z0 und jedes Z0 in ein Elektron-Positron- oder in ein Müon-Antimüon-Paar Amand Fäßler, Tübingen

  34. Das Higgs zerfällt in ein b(Bottom) und Anti-b-Quark und diese wieder in Jets. Amand Fäßler, Tübingen

  35. Das Higgs zerfällt in ein W+ und W- und diese wieder in ein Elektron+Neutrino- oder Müon+Neutrino-Paar. Amand Fäßler, Tübingen

  36. Zerfall des Higgs in zwei Gamma -Quanten Masse(HIGGS) = 126 GeV Amand Fäßler, Tübingen

  37. Higgs in zwei g-Quanten Amand Fäßler, Tübingen

  38. ATLAS-Messung im zwei Gamma-Zerfall H  g+gals Funktion der Masse des zerfallenden Teilchens. Amand Fäßler, Tübingen

  39. CMS-Messung im zwei Gamma-Zerfall H  g+gals Funktion der Masse des zerfallenden Teilchens. Amand Fäßler, Tübingen

  40. 126 GeV – Teilchen  zwei Gamma-Quanten • Spin(= 0; Higgs)  Spin(=1; Gamma) + Spin(=1; Gamma) • Higgs = Spin 0-Teilchen (Standard Modell) Amand Fäßler, Tübingen

  41. Zerfall des Higgs in zwei Z0 2 Elektronen und 2 Müonen Aus den zwei Elektronen und den zwei Müonen berechnet man die Masse des zerfallenden Teilchens (Higgs) Amand Fäßler, Tübingen

  42. Berechnung der Masse Wenn Higgs in Ruhe. Einstein-Relation Amand Fäßler, Tübingen

  43. Resultate mit Higgs 4 Leptonen(4 Elektronen; 2 Elktronen+ 2 Müonen; 4 Müonen) Higgs Z0-Boson Amand Fäßler, Tübingen

  44. Verschiedene Messungen der Higgs-Masse und die Wahrscheinlichkeit relativ zum Standard-Modell Gemessene Wahrscheinlichkeit/ Standard Modell Gemessene Higgs-Masse [GeV] Amand Fäßler, Tübingen

  45. Taged mit Vektorbosons(Ein Vektorboson wird dazu emitiert.) up up down Proton Proton Angeregtes Vektorboson Vektorboson Z0 Higgs Amand Fäßler, Tübingen

  46. Verschiedene Messungen der Higgs-Masse und die Wahrscheinlichkeit relativ zum Standard-Modell Gemessene Wahrscheinlichkeit/ Standard Modell Gemessene Higgs-Masse [GeV] Amand Fäßler, Tübingen

  47. Einige der noch offenen Fragen: • Gibt es nur drei Familien? (Leptonen: e + m + t) • Wie berechnet man die Massen der Teilchen? • Wie ist die elektrische Ladung bestimmt • Alle Kräfte gleich? Elektrisch=Magnetisch=Schwach (ja) • Elektromagn. = Schwach = Kernkraft? (Große Vereinh.) • Elektrisch=Schwach=Kernkraft=Schwerkraft??? Physik jenseits des Standard Modells. ENDE Amand Fäßler, Tübingen

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