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10. Massen 10.1. Das Higgs-Boson 10.1.1. Spontane Symmetriebrechung Problem: SU(2) L U(1) Y masselose Eichbosonen W , Z, Zus ätzlicher Klein-Gordon-Massenterm zerstört Eichsymmetrie Lösung: Spontane Symmetriebrechung durch eichinvariantes Higgs -Potential
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10. Massen • 10.1. Das Higgs-Boson • 10.1.1. Spontane Symmetriebrechung • Problem: • SU(2)LU(1)Y masselose Eichbosonen W, Z, • Zusätzlicher Klein-Gordon-Massenterm zerstört Eichsymmetrie Lösung: • Spontane Symmetriebrechung durch eichinvariantes Higgs-Potential • Higgs-Mechanismus zur Erzeugung massiver Teilchen
F Fc F Fc Phasenübergang bei F Fc y-Mode r-Mode x-Mode -Mode (x,y) (v,0) (x,y) (0,0) Vel Vel y y x x Klassisches Analogon: Knick-Instabilität des elastischen Stabes
g H q W, Z H g W, Z q Gluon-Fusion (dominant) Vektorboson-Fusion g H H g Higgs-Strahlung t t - Fusion begleitende Produktion 10.1.2. c) Experimentelle Suche am LHC LHC: pp bei (ab 2010), (ab 2015)
mH ≲ 150 GeV: H H mH ≳110 GeV mH 110 200 GeV H H Wichtigste Higgs-Zerfallskanäle am LHC:
? Kombinierte ATLAS-Grenzen auf Ausgeschlossen: mH 111–122 und mH 131–559 GeV
Entdeckung eines neuen Bosons (Juli 2012): ATLAS CMS Neues Boson mit Spin 0 oder 2 bei 125-126 GeV!
ATLAS CMS Bestätigung des Signals!
ATLAS CMS Bestätigung des Signals!
Kompatibel mit Higgs-Bosons des Standardmodells? • Likelihood-Analyse der Zerfallswinkelverteilung JP= 0+ • Kopplungsstärken im Rahmen der Fehler wie im SM Ja, es ist wohl ein Higgs-Boson! Im Rahmen der Fehler ist es kompatibel mit dem Higgs-Boson!
10.2. Neutrinomassen und Neutrinooszillationen • 10.2.1. Neutrinooszillationen • Standardmodell enthält noch unnötige Annahmen: • Leptonzahlen sind einzeln erhalten • Neutrinos werden künstlich exakt masselos gesetzt • Experiment a) und b) verletzt! • CKM-Formalismus auch für Leptonen (Neutrinos) • Flavour-Dynamik und Leptonzahl-Dynamik • Flavour-Oszillationen und Lepton-Oszillationen genauer Neutrino-Oszillationen • CP-Verletzung auch im Neutrino-Sektor
Beispiel:Betrachte nur zwei Neutrino-Sorten: • Massen-Eigenzustände1, 2Massen m1, m2 • Schwache Eigenzustände e, z.B. via • Unitäre Transformation: Analogon zum Cabibbo-Winkel
schwache WW Fusionszyklen hoher Neutrinofluss von der Sonne 10.2.2. Solare Neutrinos
Detektormaterial37Cl(Reinigungsmittel): • Argonnachweis:-Strahlung nach K-Einfang • Davis-Experiment: 500 Tonnen Detektormaterial • 1-3 Reaktionen pro Monat • Resultat:e-Fluss ⅓ FlussTheorie • Mögliche Gründe: • Sonnenmodell falsch? Berechneter Neutrinofluss ist extrem sensitiv auf Kerntemperatur der Sonne! • Neutrinooszillationen?
Solarkonstante (direkt messbar) • pp-Zyklus • GALLEX-Experiment (Gran-Sasso-Tunnel bis 1997) • erstmals sensitiv auf pp-Neutrinos! • Germanium-Nachweis: -Strahlung nach K-Einfang Resultat:e-Fluss ⅔ FlussSolarkonstante • Nachweis aller Neutrinosorten: SNO-Experiment • Resultat: Fluss(e,,) FlussTheorie • Fluss(e) FlussTheorie Neutrinooszillationen!
Č-Licht e Č-Licht 10.2.3. Atmosphärische Neutrinos Super-Kamiokande-Experiment: Untergrund Wasser-Cherenkov-Detektor e.m. Schauer • Juni 1998: Definitiver Nachweis von Neutrinooszillationen • verschwinden, e werden nicht zusätzlich erzeugt • also: oder X • 90% C.L.: • Dezember 2002: Nobelpreis (für astrophysikalische Neutrinos)
p N Pionen ( Kaonen Kernfragmente … ) Ladung 1 Ladung 0 oder 1 e.m. Sub-Schauer in Atmosphäre Grobe Erwartung: Herkunft atmosphärischer Neutrinos: Wechselwirkung hochenergetischer kosmischer Strahlung (Protonen, Kern) mit Atomkernen der Erdatmosphäre
-Erzeugung Detektor Erde -Erzeugung Beobachtung:Zenitwinkelabhängigkeit -Oszillation auf dem 12700 km langen Weg durch die Erde
Ausschlussgrenzen für spezifische Oszillationskanäle 95% CL Konturen für beobachtete Oszillationen