1 / 37

Standard Model

Standard Model. Integratie Elektro-Magnetische & Zwakke wisselwerkingen Principe symmetrie breking via Higgs mechanisme Higgs status experimenteel (LEP & LHC). Klassiek:. Diskreet:. Continu:. Klein-Gordon vgl.:. Dirac vgl.:. Maxwell vgl.:. Lagrangianen. Dirac Lagrangiaan:.

chelsa
Download Presentation

Standard Model

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Standard Model Integratie Elektro-Magnetische & Zwakke wisselwerkingen Principe symmetrie breking via Higgs mechanisme Higgs status experimenteel (LEP & LHC)

  2. Klassiek: Diskreet: Continu: Klein-Gordon vgl.: Dirac vgl.: Maxwell vgl.: Lagrangianen

  3. Dirac Lagrangiaan: Invariant onder: Invariant onder: Vrij Dirac-veld invariant? Nee dus! Beschouw Dirac-veld in interaktie met vektorveld A (E.M.-veld):  invariant! Dirac Lagrangiaan in interaktie met E.M.-veld IJkinvariantie • Voor theoretici: • QED volgt uit lokale U(1) ijksymmetrie • Voor mij: • QED voldoet aan lokale U(1) ijksymmetrie

  4. geladen stroom: • Orden deeltjes in: • linkshandig doubletten • rechthandige singletten SU(2) stap-operatoren: Dan worden de zwakke stromen (geladen en neutraal): W deel: 1, 2, 3 deel: “Z0 deel”: E.M. stroom met deze ordening: Zwakke wisselwerking als ijktheorie Zwakke wisselwerking: W en Z0 d.w.z. drie (ijk)-bosonen  SU(2) groep?

  5. “Experiment”: “Theorie”: Zwak: W en Z0 SU(2) stromen: E.M.:  U(1) stroom: Leptonen: Quarks: Integratie E.M. en Zwakke wisselwerkingen Let wel, de ingevoerde “theoretische” stromen zijn pas achteraf te rechtvaardigen. Gezien de uitdrukking voor de U(1) stroom geldt er een verband tussen de eigenwaarde voor 3 T3 en de elektrische lading Q. En wel: Q= T3+Y/2 (met Y de “hyper”charge)

  6. M.b.v. de stromen: • Als volgt interakties te genereren met de: • Wi (i=1,2,3) (ijk)-bosonen voor SU(2)L • B (ijk)-boson voor de U(1)Y B B B    D D D Natuurlijk handiger om i.p.v. W1,2,3 de W+, W en W3 te gebruiken: pB pB pB pD pD pD  W B pA pA pA pC pC pC Dus: e e e C C C A A A geladen neutraal Integratie

  7.     j j W Propagator W-boson: d u  d u jdu jdu Te vergeljken met: k k’ k 4 k’ 2 2 p p’ p p’ Dus: relatie G, g en MW Geladen stroom: W-boson koppeling

  8. Fysische Z0-boson en  korresponderen met orthogonale lineaire kombinaties neutrale W3 en B: De interaktie in termen van het Z0-boson en  wordt dan: Het E.M. neutrale stroom deel: Het zwakke neutrale stroom deel: Neutrale stromen: Z0-boson en  koppelingen

  9.     j j Z0 z Propagator Z-boson: e e z z z z e e  jee jee k k’ Minimale Standaard Model k k’ Te vergeljken met: p p’ p p’ Dus: relatie G, , cos2w, g en MZ Neutrale stroom: Z0-boson koppeling

  10. Vgl. oude uitdrukking voor JNC q and e, and : Met nieuwe uitdrukking voor JNC = 2J32sin2wJem q and e, and : q,l q,l Z0 Uitdrukkingen voor cV en cA m.b.v. q en sin2w

  11. Fermionen: Bosonen: • Fermion massa (MeV): • me=0.511 mm=106 mt=1777 • mu~3 mc~1250 mt~174300 • md~6 ms~120 mb~4200 • Boson massa (MeV): • mg=0 • mg<2x10-22 mW=80419 mZ=91188 Standaard Model Lagrangiaan & massa probleem

  12. Realiteit: • Fotonen: massaloos • W- en Z-bosonen: massief Hoe realiseer je dit met behoud ijkinvariantie? Geef het “vacuum” struktuur! Voeg nu de volgende term toe aan de Standaard Model Lagrangiaan (ijkinvariant) en expandeer veld  rond “grond” toestand: Symmetrie breking

  13. Expansie veld  rondom 0geeft in laagste orde: • massa termen W1, W2, W3 en B bosonen W± Z0 H Expansie veld  rondom 0geeft in volgende orde: • een fysisch scalar veld H: het Higgs veld • interacties tussen Higgs en W± • interacties tussen Higgs en Z0 W± Z0 Boson massa’s

  14. Nodig voor b.v. elektron massa: geen scalar  Gebruik scalar veld ! Extra term Lagrangiaan: Expansie veld  rondom 0geeft in laagste orde: • massa term voor elektron e Expansie veld  rondom 0geeft in volgende orde: • interacties tussen Higgs en elektron H e Fermion massa’s: de mee term

  15. H Hff f f Z0 W+ H H W Z0 HW+W HZ0Z0  H t  H Higgs decay

  16. in e+e Lepton colliders: e+e  HZ0 H e+ e Z0 K is the c.m. momentum of the Higgs (and hence Z) particle (and s is the c.m. energy): Higgs production

  17. in pp en pp H H qj q (same definition of K as for e+e) qi q W Z0 Hadron colliders: qiqj HW qq HZ0 Higgs production

  18. Standaard Model Parameters (17) (to be taken from experiment!) • Fermion masses (9) • Leptons: • me, mm, mt (possibly n-masses as well) • Quarks: • mu, mc, mt, md, ms, mb • Coupling constants (2) • SU(2)L coupling g • U(1)Y coupling g • Higgs characteristics (2) • MH & H vacuum expectation value v • Quark mixing (CKM) matrix (4) • 3 mixing angles & 1 phase

  19. Experiment: • LEP’s Z & W data (e+e) • Tevatron’s top & W masses (pp) • Theorie: • Standard Model theory  MH  mt Interne konsistentie v/d metingen  “low mass” Higgs

  20. e+ ,e+ e+ H H Z,W Z e e+e-Z*ZH e+e- e+e-H & e+e- H e ,e+ 1.0 pb MH 60 70 90 0.5 pb Ecm 100 200 150 250 Direkte Higgs speurtocht @ LEP Production: The key issue: Ecm MHmax Ecm - MZ Event rate: Ecm  MH + MZ driven

  21. 4 jets Zqq 2 jets + ee/ Z ee/ Z 2 jets +  2 jets + Emiss Z Higgs Hunt Strategy: Signal: e+e-Z* ZH Higgs verval: H  bb jetjet  lifetime tag Z-boson verval: “event topology” Achtergrond: e+e-Z*Z*continuum

  22. Higgs kandidaten! DELPHI Ambiguiteiten! • For each pairing, make a 5C fit with: • Mij =MZ and • build a likelihood including the probability that the two other jets come from the Higgs. • Most likely combination is selected! • A unique mass value is defined!

  23. En nog een Higgs kandidaat: ALEPH

  24. En nog een Higgs kandidaat: L3 Two b-tagged jets: M~114.4GeV However: Two fermion background is critical at the kinematical limit: double ISR, and bb events (when the neutrinos take most of the energy), give collinear topologies; for an event at rest, the mass recoiling to a Z is pushed to s-MZ

  25. per experiment per kanaal Waarschijnlijkheden: statistische analyse

  26. Nog een keer waarschijnlijkheden

  27. The Large Hadron Collider • LHC Characteristics: • proton-proton collider • Ecm=14.000 GeV=14 TeV • rate = 40.000.000 Hz • luminosity = 1033-34/cm2s • 8 km  ring (old LEP) • 1232 dipoles (B=8 T) • super-conducting • starting date: 2006

  28. LHC total Events/day ChannelEvents/day bb 1010 Wl 106 Zll 105 tt 20000 Higgs 1500 SuSy 100 109 bb 107 tt 105 Wl Higgs 103 10 CERN FermiLab Ecm (TeV) 0.01 1 100 Event rates: LHC: L=1033/cm2s LHC: factory of everything

  29. p: tracking E: calorimetry ATLAS proton proton

  30. e  e particle direction 5 cm  e E/E1% E measurement • Principle: • particle looses energy in matter • stop particle completely • energy  measurable signal (ionization, fluorescence, …)

  31. signal 0 ns 500 ns time 5 meter 10 cm P/P2% P measurement • Principle: • particle deflected in B-field • reconstruct particle track • fit for impuls P

  32. 10 ms 1 s 2 s LHC rate: 40 MHz  100 kHz  1 kHz  100 Hz 1pB/year Level-1 Level-2 Level-3         Key issue: select high p Event clean-up: high p

  33. b W l • Method: • tag: tbW, Wl • mt from: tbW, Wqq l t q p p q q t W b q mbqq l q q • Statistics:(1 year i.e. 10 fb-1) • 130.000events/year, S/B  65 Expect:mt  1.5 GeV t-quark mass (2006: mt2-3 GeV)

  34. Higgs production Higgs decay Events/day branching fraction Ecm=14 TeV HWW ggH Hbb HZZ 1000 10% Htt H 10 1% qqHW gg,qq Htt qqHZ H 100 300 600 100 300 600 MHiggs(GeV) MHiggs(GeV) Higgs directly (Note: all fixed once masses are known!)

  35.  Z • Method: • select HZZ events • use mZZ=mllll to find mH p p  H Z  m 100 fb-1 golden channel but for mH! Higgs mass: ZZ 130 < mH < 170  discovery

  36. • Method: • select H events • use m to find mH p p H   m  100 fb-1 • Features:(1 year i.e. 10 fb-1) • 100events/year, S/B  2% Higgs mass:  mH < 130  discovery

  37. 1st: Close on Higgs sector (mH200 MeV)  completes particle family 2nd: Improve t & W masses (mt1500 MeV, mW15 MeV)  stringent tests of “Standard Model” 3rd: New discoveries (particles, interactions, …)?  fantastic! • I. New physics (if any): • detailed spectroscopy • couplings etc. Beyond LHC: e+e-/+ - collider • II. Match LEP’s Z precision for: • W-boson (e.g. mW5 MeV) • Higgs (e.g. mH50 MeV) • t-quark (e.g. mt200 MeV) LHC

More Related