Αναζήτηση σωματιδίου Higgs στο LHC

1. Αναζήτηση σωματιδίου Higgs στο LHC Υπευθ. Καθηγήτρια: Θεοδώρα Παπαδοπούλου Σπύρου Δημήτριος

2. Περιεχόμενα • Καθιερωμένο Πρότυπο (Standard Model) • Αναγκαιότητα μηχανισμού Higgs • Μηχανισμός Higgs • Ανίχνευση σωματιδίου Higgs

3. Καθιερωμένο Πρότυπο

4. Καθιερωμένο Πρότυπο Εξισώσεις Euler-Lagrange L =T –V →Εξισώσεις κίνησης ( π.χ. K-G)

5. Καθιερωμένο Πρότυπο Αν η Lagrangian ενός συστήματος είναι αναλλοίωτη κάτω απόμετασχηματισμούς της παρακάτω μορφής έχουμε κάποια συμμετρία 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) Οι τελευταίες εισάγουν διανυσματικά πεδία βαθμίδας που μπορούν να περιγράψουν αλληλεπιδράσεις και μετασχηματίζονται όπως παρακάτω:

6. Καθιερωμένο Πρότυπο SUC(3)XSUL(2)XUY(1) Ισχυρές αλληλεπιδράσεις 8 γεννήτορες = 8 γλουόνια διαφορετικού χρώματος Ηλεκτρασθενείς αλληλεπιδράσεις 4 διαδότες Β1,Β2,Β3,B0 η μίξη των οποίων δίνει τα γ, W± , Z0

7. Αναγκαιότητα του μηχανισμού Higgs Η Lagrangian ενός συστήματοςπαραμένει αναλλοίωτη κάτω από τοπικούς μετασχηματισμούς βαθμίδας μόνο αν τα σωματίδια που περιγράφει είναι άμαζα Επιπλέον οι διαδότες της αλληλεπίδρασης πρέπει να έχουν m=0 Πειραματικά: mf & ml ≠ 0 mw~80 GeV mz~90 GeV

8. Μηχανισμός Higgs Tην λύση στο πρόβλημα ήρθε να δώσει ο Peter Higgs το 1964 προτείνοντας μία νέα θεωρία. • Το κενό είναι γεμάτο από το πεδίο Higgs • Τα σωματίδια αλληλεπιδρώντας με το Higgs αποκτούν μάζα • Βαρύ σωματίδιο μικρός χρόνος ημιζωής

9. Μηχανισμός Higgs Αυθόρμητο σπάσιμο διακριτής συμμετρίας Υποθέτουμε βαθμωτό πεδίο φ με και Ελάχιστο όταν

10. Μηχανισμός Higgs Αν τότε Από με καταλήξαμε σε ένα πεδίο

11. Μηχανισμός Higgs • Αυθόρμητο σπάσιμο εκτεταμένης συμμετρίας βαθμίδος Δημιουργείται ένα άμαζο βαθμωτό μποζόνιο (Goldstone bozon) και ένα βαθμωτό πεδίο με μάζα

12. Μηχανισμός Higgs • Αυθόρμητο σπάσιμο τοπικής συμμετρίας βαθμίδος Τώρα έχουμε πεδίο βαθμίδας με μάζα!

13. Ανίχνευση σωματιδίου Higgs Ο μηχανισμός Higgs αναμένεται να ελεγχθεί πειραματικά στο LHC Ο επιταχυντής LHC στο CERN και κάποιοι από τους ανιχνευτές

14. Ανίχνευση σωματιδίου Higgs Τα πειράματα που θα ερευνήσουν την ύπαρξη του Higgs είναι το ATLAS & το CMS

15. Ανίχνευση σωματιδίου Higgs LHC:κυκλικός αδρονικός επιταχυντής σωματιδίων περιφέρειας 27Km και διαμέτρου 3.8m 1232 υπεραγώγιμοι διπολικοί μαγνήτες παράγουν μαγνητικό πεδίο 8.36 T Λαμπρότητα L=1034cm-2s-1& Ec.m.= 14 TeV

16. Ανίχνευση σωματιδίου Higgs • Μηχανισμοί παραγωγής από τις συγκρούσεις p-p

17. Ανίχνευση σωματιδίου Higgs

18. Ανίχνευση σωματιδίου Higgs • Κριτήρια αποδοχής σήματος 2 λεπτόνια με 2 λεπτόνια με

19. Ανίχνευση σωματιδίου Higgs Κριτήρια επιλογής 1)Ηλεκτρόνιο με ή μιόνιο με 2) 2 b-jets με

20. Ανίχνευση σωματιδίου Higgs Ανίχνευση Higgs μέσω διάσπασης σε 4 λεπτόνια

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

22. Βιβλιογραφία • ATLAS Detector and Physics Performance Technical Design Report • Particle Physics, Griffiths • Gauge theory of elementary particle physics, Cheng & Li • Σωματιδιακή φυσική, Βαγιονάκης • www.physics4u.gr • www.public.web.cern.ch • www.atlas.ch • CERN Summer Lectures 2005, A.Pich