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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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Presentation Transcript
das higgs teilchen d er letzte baustein im standard modell

Das Higgs-Teilchen-Der letzte Baustein im Standard Modell

Warum ist das Higgs

so wichtig?

Amand Fäßler, Tübingen.

geeichte ma e lokale eichung
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

messwert invariant gegen diese lokalen e ichungen nur die l nge null
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

higgs teilchen lokale eichinvarianz mit masse
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

peter higgs von der universit t edinburgh 83 jahre francois englert br ssel 80 jahre
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

kibble guaralnik hagen englert brout november 1964 august 1964
Kibble, Guaralnik, Hagen, Englert, Brout +November 1964 ; August 1964

Higgsionen ?

Amand Fäßler, Tübingen

die ersten publikationen zum higgs
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

standard modell ein elementatarteilchen
Standard Modellein elementatarteilchen

Materie-Teilchen

Kräfte-Teilchen

Amand Fäßler, Tübingen

coulomb kraft zwischen zwei protonen elektrische ww

Proton-Neutron

(keine elektrische Wechselwirkung)

Coulomb-Kraft zwischen zwei Protonen (elektrische WW)

Amand Fäßler, Tübingen

slide10
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

wechselwirkung des higgs mit den elementar teilchen diese erhalten masse
Wechselwirkung des Higgsmit den Elementar-Teilchen.Diese erhalten Masse.

Amand Fäßler, Tübingen

potential des higgs teilchens als funktion seiner wellenfunktion f h
Potential des Higgs-Teilchens als Funktion seiner Wellenfunktion F = H

Das Higgs wechselwirkt mit anderen Teilchen über die „Flavor“-Ladung.

Amand Fäßler, Tübingen

die n chsten 5 minuten nur f r naturwissenschaftler verst ndlich
Die nächsten 5 Minuten nur für Naturwissenschaftler verständlich.
  • Ich möchte mich bei den anderen Zuhörern entschuldigen.

Amand Fäßler, Tübingen

lokale eichung bei wellenfunktionen y ort zeit der elementarteilchen
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

lokale eichung erster art
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

slide16

Lokale Eichung zweiter Art (Elektrodynamik).

z-Komponente des Magnetfeldes:

Amand Fäßler, Tübingen

wechselwirkung elektromagnetischer felder mit geladenen teilchen
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

lokale eichung bei w ellenfunktionen
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

lokale eichinvarianz verletzung mit massen term f r photon
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

szenarium wieder f r alle
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

potential des higgs teilchens als funktion seiner wellenfunktion f h1
Potential des Higgs-Teilchens als Funktion seiner Wellenfunktion F = H

Amand Fäßler, Tübingen

szenarium wieder f r alle1
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

frau merkel auf dem cdu parteitag
Frau Merkel auf dem CDU-Parteitag

Frau Merkel erhält eine große effektive Masse

Amand Fäßler, Tübingen

slide24

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

slide25

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

slide26

Untergrundtunnel mit Experimente

ATLAS, CMS und andere und Lastaufzügen

27 km lang und

etwa 100 Meter tief.

Amand Fassler, Tübingen

slide27

Teil der 27 km langen Strahlführung

und Beschleunigungsstrecke des

„Large Hadron Colliders“.

Amand Fassler, Tübingen

slide28

Blick auf den ATLAS-Detektor

Amand Fäßler, Tübingen

slide30

Proton-Proton-Kollision am LHC/ATLAS

Amand Fäßler, Tübingen

zerfall des higgs in zwei gamma quanten
Zerfall des Higgs in zwei Gamma -Quanten

Masse(HIGGS) = 126 GeV

Amand Fäßler, Tübingen

zerfall des higgs in zwei energiereiche photonen gamma quanten
Zerfall des Higgs in zwei energiereiche Photonen (Gamma-Quanten)

Amand Fäßler, Tübingen

slide33
Das Higgs zerfällt in zwei Vektorbosonen Z0 und jedes Z0 in ein Elektron-Positron- oder in ein Müon-Antimüon-Paar

Amand Fäßler, Tübingen

das higgs zerf llt in ein b bottom und anti b quark und diese wieder in jets
Das Higgs zerfällt in ein b(Bottom) und Anti-b-Quark und diese wieder in Jets.

Amand Fäßler, Tübingen

das higgs zerf llt in ein w und w und diese wieder in ein elektron neutrino oder m on neutrino paar
Das Higgs zerfällt in ein W+ und W- und diese wieder in ein Elektron+Neutrino- oder Müon+Neutrino-Paar.

Amand Fäßler, Tübingen

zerfall des higgs in zwei gamma quanten1
Zerfall des Higgs in zwei Gamma -Quanten

Masse(HIGGS) = 126 GeV

Amand Fäßler, Tübingen

higgs in zwei g quanten
Higgs in zwei g-Quanten

Amand Fäßler, Tübingen

atlas messung im zwei gamma zerfall h g g als funktion der masse des zerfallenden teilchens
ATLAS-Messung im zwei Gamma-Zerfall H  g+gals Funktion der Masse des zerfallenden Teilchens.

Amand Fäßler, Tübingen

cms messung im zwei gamma zerfall h g g als funktion der masse des zerfallenden teilchens
CMS-Messung im zwei Gamma-Zerfall H  g+gals Funktion der Masse des zerfallenden Teilchens.

Amand Fäßler, Tübingen

126 gev teilchen zwei gamma quanten
126 GeV – Teilchen  zwei Gamma-Quanten
  • Spin(= 0; Higgs) 

Spin(=1; Gamma) + Spin(=1; Gamma)

  • Higgs = Spin 0-Teilchen (Standard Modell)

Amand Fäßler, Tübingen

zerfall des higgs in zwei z 0 2 elektronen und 2 m onen
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

berechnung der masse
Berechnung der Masse

Wenn Higgs in Ruhe.

Einstein-Relation

Amand Fäßler, Tübingen

resultate mit higgs 4 leptonen 4 elektronen 2 elktronen 2 m onen 4 m onen
Resultate mit Higgs 4 Leptonen(4 Elektronen; 2 Elktronen+ 2 Müonen; 4 Müonen)

Higgs

Z0-Boson

Amand Fäßler, Tübingen

verschiedene messungen der higgs masse und die wahrscheinlichkeit relativ zum standard modell
Verschiedene Messungen der Higgs-Masse und die Wahrscheinlichkeit relativ zum Standard-Modell

Gemessene Wahrscheinlichkeit/ Standard Modell

Gemessene Higgs-Masse [GeV]

Amand Fäßler, Tübingen

taged mit vektorbosons ein vektorboson wird dazu emitiert
Taged mit Vektorbosons(Ein Vektorboson wird dazu emitiert.)

up

up

down

Proton

Proton

Angeregtes Vektorboson

Vektorboson Z0

Higgs

Amand Fäßler, Tübingen

verschiedene messungen der higgs masse und die wahrscheinlichkeit relativ zum standard modell1
Verschiedene Messungen der Higgs-Masse und die Wahrscheinlichkeit relativ zum Standard-Modell

Gemessene Wahrscheinlichkeit/ Standard Modell

Gemessene Higgs-Masse [GeV]

Amand Fäßler, Tübingen

einige der noch offenen fragen
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