1 / 29

Marcel Vreeswijk (NIKHEF) voor bezoek ‘de Leidsche Flesch’

Van Leidse Fles tot de zoektocht naar de Heilige Graal (v/d HEF) = Van Electron naar de jacht op het Higgs Deeltje. Marcel Vreeswijk (NIKHEF) voor bezoek ‘de Leidsche Flesch’. Inhoud. Introductie NIKHEF Introductie Hoge Energie Fysica Standard Model Het Higgs Deeltje CERN ATLAS

jaime-tillman
Download Presentation

Marcel Vreeswijk (NIKHEF) voor bezoek ‘de Leidsche Flesch’

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. Van Leidse Fles tot de zoektocht naar de Heilige Graal (v/d HEF)=Van Electron naarde jacht op het Higgs Deeltje Marcel Vreeswijk (NIKHEF) voor bezoek ‘de Leidsche Flesch’

  2. Inhoud • Introductie NIKHEF • Introductie Hoge Energie Fysica • Standard Model • Het Higgs Deeltje • CERN • ATLAS • Samenvatting/Conclusies Marcel Vreeswijk

  3. Hoge Energie Fysica in NLNIKHEF en partners • In NL: detectoren ontwerpen+bouwen en analyse meetgegevens • De Metingen gebeuren niet in NL, maar op de grote versneller instituten Marcel Vreeswijk

  4. Versneller-instituten • botsende deeltjes bundels. • NIKHEF vnl in CERN • tot 2000: LEP e+e- 100GeV + 100GeV (een proton weegt ~1GeV) • in 2006: LHC p+p 7 TeV + 7 TeV Marcel Vreeswijk

  5. Ook actief betrokken bij de grote experimenten op DESY bij Hamburg: HERA (e+p) 30GeV + 1TeV Tevatron bij Chicago: TEVATRON (p+p) 1TeV + 1TeV Versneller-instituten • botsende deeltjes bundels. • NIKHEF vnl in CERN bij Geneve • tot 2000: LEP e+e- 100GeV + 100GeV (een proton weegt ~1GeV=1000000000eV=0.001TeV) • in 2006: LHC p+p 7 TeV + 7 TeV Marcel Vreeswijk

  6. Waarom Hoge Energie • DOEL: begrijpen van fundamentele wisselwerkingen en zoeken naar bouwstenen van natuur • Een paar eV: schiet een electron uit atoom • Een paar MeV: schiet de n+protonen uit kern • Een paar GeV: schiet de quarks uit n of proton + maak nieuwe deeltjes • Een paar TeV: meet op sub-schaal + maak Higgs deeltje?! Hoe Hoger de Energie, hoe kleiner de schaal waarop we observeren. Een Versneller+Detector is een supermicroscoop. Typisch ~TeV=10-18 m Marcel Vreeswijk

  7. De Bouwstenen Leptonen en Quarks • ‘Heavy-Quarks • Top-Quark. Ontdekt op TEVATRON in 1995 • B-quark wordt bestudeerd ivm oscillaties tussen materie<-> antimaterie Sterke Wisselwerking:QCD • ElectroMagnetisme en • Zwakke wisselwerking • De oorsprong van massa: • Het Higgs Deeltje Marcel Vreeswijk

  8. + e+ e Electro-magnetism (fotonen): g m=0 GeV e- - f=lq e mW80.4 GeV mZ91.2 GeV gZW Zwakke kracht Z,W: f W Zg W gZ W Z Z W Strong: mg=0 GeV Wisselwerking = Uitwisseling krachtendeeltjes e+e-… Marcel Vreeswijk

  9. Standaard Model • De theorie van de elementaire bouwstenen en hun interacties is de basis van het Standaard Model • Echter er ontbreekt nog wat: de grote symmetry tussen de deeltjes wordt geschonden: alle deeltjes hebben massa: Higgs Mechanisme Marcel Vreeswijk

  10. V(H) <H>0  for WZ: m=0 GeV mW80.4 GeV mZ91.2 GeV H <H>0  for lq: mGH mlGllH mqGqqH f H f Standaard Model Higgs Higgs mechanisme=spontane symmetrie breking: geeft de deeltjes massa ml,m,mq,m,mW,mZ Nieuw ‘Veld’H • We nemen een veld dat interacties heeft met alle andere deeltjes • In de grondtoestand is het veld niet nul. • De interactie met dit veld(=uitwisseling virtuele Higgs deeltjes) geeft de andere deeltjes effectief massa • Als de theory klopt bestaat er een Higgs Deeltje met massa. Dit deeltje maakt de theory compleet, maar is nog nooit waargenomen. GffH Marcel Vreeswijk

  11. Not allowed Not allowed Allowed Higgs deeltje • Wat weten we nou eigenlijk van het Higgs deeltje? Als MH~180GeV: Standaard Theory <-> intern consistent • Theoretische Massa Limieten: • Een boven-limiet is verkregen door unitariteits-principe (=behoud van waarschijnlijkheid). Limiet wordt bepaald door grootte van de Higgs-zelf-koppeling • Een onder-limiet wordt gegeven door de stabiliteit van het vacuum Energie-schaal • Het Higgs mechanisme is een hypothese--> de natuur volgt misschien een ander principe--> experimenten moeten de weg aangeven

  12. Botsingen Meten • We hebben het over Feynman-diagrammen gehad • Hoe ziet zo’n diagram er eigenlijk in het echt uit? • Helaas, we zien alleen de eindproducten van de botsing Marcel Vreeswijk

  13. TEVATRON TEVATRON is de trots van Fermilab Fixed target CDF D0 Bij Chicago (VS) Main Injector • Botsingen van 1 Tev protonen op 1 TeV anti-protonen • (LHC: 7 TeV protonen) • Om de 132 ns een botsing • (LHC: 25ns) s

  14. Top Fysica (anno 1995) <1995 Quark Massa (GeV) Up ~0.1 Down ~0.1 Strange ~0.3 Quark Massa (GeV) Charm ~1.5 Bottom ~5 Top ??? t n “Leptonisch Event” m b b p W t n p W e Het TEVATRON, waar de top is ontdekt……..! D0 Run I event display Tevatron 1995 Mtop 174.3+-5.1 GeV

  15. Top Fysica t W W W W W b Higgs ? • Top massa + Wmassa levert voorspelling op voor: • de massa van de Higgs…... Tevatron precisie metingen zijn gevoelig voor hogere orde Quantum Correcties, waar Higgs deeltje rol speelt! Run II-D0 vooruitzicht: dMtop~2.8 GeV Run I Grove Schatting voor Run II limiet: MH<175 GeV of ontdek de Higgs !

  16. LEP (shut down 2000) 27 km omtrek, ~100 m deep Large Electron Positron collider • OPAL: een van de vier LEP experimenten • 8x8x8m groot Marcel Vreeswijk

  17. e+ W+ Z0/g W- e- LEP: meten van de W massa • Talloze belangrijke metingen, oa de W massa quarks of leptonen q , n q, e • Deeltjes Detecteren: • quarks-> • hadroniseren-> jet->sporen+energie • electronen->spoor->energie • muonen->spoor door gehele detector • neutrinoos->ontsnappen Marcel Vreeswijk

  18. The Higgs particle:what do we know (experimentally) b b Z Z t Higgs W t b b e H Z e Z MHiggs<245 GeV The mass of the Higgs can be predicted by the combination of Z precision measurements (LEP) and top mass (Tevatron) which are sensitive to higher order Quantum Corrections that involve a Higgs Boson. The yellow band is excluded by the direct searches at LEP <Nov 2000 Marcel Vreeswijk • Recently, in 2000, direct search at LEP have seen hints for a Higgs with mass 115 GeV!!!! • The Higgs might be just around the corner!!!! H -> bb Z -> qq

  19. 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

  20. p: tracking E: calorimetry ATLAS proton proton

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

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

  23. 2 s 10 ms 1 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

  24. Marcel Vreeswijk

  25. LEP few Higgs candidates: MH114 GeV ATLAS 2008 30fb-1 115 GeV • ATLAS (LHC): • LUMINOSITEIT: • 2005-2008-> 30fb-1 /exp • 2008+ -> 100fb-1 /jaar/exp • Hoge gevoeligheid: • 5 std. dev.=(ontdekkingslimiet) over breed massagebied Marcel Vreeswijk

  26. 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 Marcel Vreeswijk

  27. e H -> bb Z -> qq H Z e Z ALEPH 4 jet Higgs-candidate Marcel Vreeswijk • Associated Higgs Production, Signal/Background~1

  28. m [MeV] 0 0.511 3 6 m [MeV] 0 106 1250 120 m [MeV] 0 1777 174300 4200   e I II III   e u c t u c t u c t d b s d b s d b s  life @ work: particle physics, astrophysics, ………… Matter Fundamentele Bouwstenen  Life @ home Marcel Vreeswijk

  29. Early ‘Electroweak model’ of quarks and leptons Weinberg, Glashow & Salam (late sixties). Electroweak SU(2)xU(1) model not renormalizable! Serious calculations (loop level) produced infinities Useless? One believer in these theories left: Veltman Renormalisation of massless Yang-Mills Veltman & ‘t Hooft (~1972) How to give the vector bosons (W+,W-,Z0) mass without destroying renormalisation? ‘t Hooft: borrow Higgs-mechanism from the -model, and apply it to the Standard Model preserves renormalisation, it works! Veltman: “verrek, dat is het!” ‘Elucidating the quantum structure of electroweak interactions in physics’ (Nobel 1999) Noble history Marcel Vreeswijk

More Related