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

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

Καθιερωμένο Πρότυπο

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

Καθιερωμένο Πρότυπο Αν η Lagrangian ενός συστήματος είναι αναλλοίωτη κάτω από μετασχηματισμούς της παρακάτω μορφής έχουμε κάποια συμμετρία 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 Πρότυπο SU C (3)XSU L (2)XU Y (1) SU C (3)XSU L (2)XU Y (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 ±, Z 0

Αναγκαιότητα του μηχανισμού Higgs Η Lagrangian ενός συστήματος παραμένει 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: m f & m l ≠ 0 m w ~80 GeV m z ~90 GeV m w ~80 GeV m z ~90 GeV

Μηχανισμός Higgs Tην λύση στο πρόβλημα ήρθε να δώσει ο Peter Higgs το 1964 προτείνοντας μία νέα θεωρία. 1) Το κενό είναι γεμάτο από το πεδίο Higgs 2) Τα σωματίδια αλληλεπιδρώντας με το Higgs αποκτούν μάζα 3) Βαρύ σωματίδιο μικρός χρόνος ημιζωής

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

Μηχανισμός Higgs Αν τότε Από με καταλήξαμε σε ένα πεδίο

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

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

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

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

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=10 34 cm -2 s -1 & E c.m. = 14 TeV

Ανίχνευση σωματιδίου Higgs Μηχανισμοί παραγωγής από τις συγκρούσεις p-p Μηχανισμοί παραγωγής από τις συγκρούσεις p-p

Ανίχνευση σωματιδίου Higgs

Κριτήρια αποδοχής σήματος Κριτήρια αποδοχής σήματος 2 λεπτόνια με

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

Ανίχνευση σωματιδίου Higgs Ανίχνευση Higgs μέσω διάσπασης σε 4 λεπτόνια

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

Βιβλιογραφία 1) ATLAS Detector and Physics Performance Technical Design Report 2) Particle Physics, Griffiths 3) Gauge theory of elementary particle physics, Cheng & Li 4) Σωματιδιακή φυσική, Βαγιονάκης 5) 6) 7) 8) CERN Summer Lectures 2005, A.Pich