das higgs boson u nd seine masse was lernen wir von der entdeckung am lhc ?
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Das Higgs Boson u nd seine Masse Was lernen wir von der Entdeckung am LHC ?. LHC : Higgs Boson gefunden ?. CMS 2011/12. ATLAS 2011/12. Higgs Boson gefunden ! Masse 125-126 GeV. Higgs Boson des Standard- Modells kompatibel mit allen Beobachtungen. T.Plehn , M.Rauch. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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Das Higgs Boson und seine Masse
Was lernen wir von der Entdeckung am LHC ?
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LHC : Higgs Boson gefunden ?
CMS 2011/12
ATLAS 2011/12
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Higgs Boson gefunden ! Masse 125-126 GeV
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Higgs Boson des Standard-Modells kompatibel mit
allen Beobachtungen
T.Plehn, M.Rauch
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Brout-Englert-Higgs Mechanismus bestätigt
Higgs Brout Englert
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eine Vorhersage…
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zu gut um wahr zu sein ?500 theoretische Physiker = 500 Modelleäquidistante VorhersagenBereich 100-600 GeV …
3 GeV Bins : man erwartet mehrere korrekte Vorhersagen,
allerdings für verschiedene Modelle Motivation hinter der Vorhersage ?
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Brout- Englert- Higgs- Mechanismus:
Spontane Symmetrie-Brechung
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Spontane Symmetrie-Brechung bestätigt beim
LHC
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Spontane Symmetrie-Brechung
Fermi Skala
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Feldgleichung für Erwartungswert
das Higgs - Skalars
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Potenzial für Higgs-Skalar
φ : komplexes Feld
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Vakuum : statische homogene Lösung , Minimum des
Potenzials
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Spontane Symmetrie-Brechung
Fermi Skala
Phase von φ0 beliebig , jeder gebene Wert ist nicht invariant unter Phasenrotation : SSB
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Radiale Mode und Goldstone-Mode
Entwicklung um Minimum des Potentials
Massenterm für radiale Mode
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Masse des Higgs-Bosons
Fermi Skala
λ : quartische Kopplungdes Skalarfelds
lineare Näherung :
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masselose Goldstone-Mode
lineare Näherung :
ähnlich elektromagnetische Wellen im Vakuum,aber ohne Polarisation
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masselose Goldstone-Mode
Supra-Fluidität in He4
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Abelscher Higgs-MechanismusSupraleitung
Kopplung eines komplexen Skalarfelds an elektromagnetisches Feld ( Photon )
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Abelscher Higgs-MechanismusSupraleitung
massives Photon !
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Photon Masse m=e φ
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Eich-Symmetrie
Goldstone-Boson ist Eichfreiheitsgradkein physikalisches TeilchenKann durch Eichtransformation eliminiert werden,wird zur longitudinalen Komponente des massiven Photons
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Standard-Modell der elektroschwachen Wechselwirkung :
Brout-Englert-Higgs-Mechanismus
φ : zwei komplexe Felder ( Higgs-Doublet )
W- und Z-Bosonen werden massiv, Photon bleibt masselos
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Standard-Modell der elektroschwachen Wechselwirkung :
Brout-Englert-Higgs-Mechanismus
Die Massen aller geladenen Fermionen und W,Z-Eichbosonen sind proportional zum ( Vakuum -Erwartungs -) Wert des skalaren
Felds φH
Für Elektron, Quarks , W- und Z- Bosonen :
melectron = helectron *
φH etc.
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Brout-Englert-Higgs-Mechanismus gibt den Elementarteilchen ihre
Masse
nicht : dominanter Beitrag zur Protonmasse und
Masse der Atome (QCD , chirale Symmetriebrechung )
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Lektionen
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1
Das Vakuum ist kompliziert
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Masse hängt ab von den Eigenschaften des
Vakuums
Elementarteilchen : Anregungen des Vakuums ( Vakuum = Äther … )
Teilchen-Eigenschaften hängen von Eigenschaften des Vakuums ab
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Spontane Symmetrie-Brechung nicht nur
Eigenschaft von Festkörpern, Magneten
etc.,sondern zentrale Eigenschaft der
fundamentalen Gesetze !
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Das Vakuum ist nicht leer !
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2
Fundamentale “Konstanten” sind
nicht konstant
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Hatten Kopplungskonstanten im frühen Universumandere Werte als heute ?Ja !
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Massen und Kopplunskonstanten werden durch Eigenschaften des Vakuums bestimmt !Ähnlich zu Maxwell-Gleichungen in Materie
Fundamentale Kopplungs-Konstanten in der Quanten-
Feld-Theorie
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Physik der kondensierten Materie :
Gesetze hängen vom Zustand des Systems ab
Grundzustand , Thermischer Gleichgewichtszustand
… Beispiel : Gesetze des
Elektromagnetismus in Supraleitern sind von Maxwell-Gleichungen im Vakuum verschieden
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Photon Masse m=e φ
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Standard-Modell der Elementarteilchen-Physik :
Elektroschwache Eichsymmetrie ist durch
Erwartungswert des Higgs-Skalars spontan
gebrochen.
Und wenn dieser früher einen anderen Wert hatte ?
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Kosmologie :
Universum ist nicht in festem statischen Zustand
Dynamische EvolutionGesetze hängen von der Zeit
ab
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Restoration der Symmetriebei hoher Temperatur im frühen Universum
Hohe TSYM <φ>=0
Niedrige TSSB<φ>=φ0 ≠ 0
hohe Temperatur :Weniger OrdnungMehr Symmetrie
Bespiel:Magnete
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Standard-Modell der elektroschwachen Wechselwirkung :
Brout-Englert-Higgs-Mechanismus
Die Massen aller geladenen Fermionen und W,Z-Eichbosonen sind proportional zum ( Vakuum -Erwartungs -) Wert des skalaren
Felds φH
Für Elektron, Quarks , W- und Z- Bosonen :
melectron = helectron *
φH etc.
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Im heissen Plasma des frühen Universums :
Gleiche Masse von Elektron und Myon !
Ähnliche Stärke der elektromagnetischen and
schwachen Wechselwirkung
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Elektroschwacher Phasenübergang im frühen
Universum
10-12 s nach Urknall
crossover
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Zeitliche Änderung von Kopplungskonstanten
Wie stark ist die gegenwärtige Änderung
der Kopplungskonstanten ?
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Kann zeitliche Änderung der Kopplungskonstanten beobachtet
werden ?
Feinstruktur-Konstante α (elektrische Ladung )
Verhältnis Elektron- zu Proton- Masse
Verhältnis Nukleon- zu Planck- Masse
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Zeitentwicklung von Kopplungen und skalare
Felder Feinstrukur-Konstante hängt ab
vom Wert des Higgs Felds : α(φ)
Zeitentwicklung von φ Zeitentwicklung von α
Jordan,…
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Statische Skalar – Felder im Standard - Modell
Wert des Higgs – Skalars nach dem elektroschwachen Phasenübergang eingefroren
Keine beobachtbare zeitliche Änderung von Kopplngkonstanten im Standard - Modell
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Beobachtung einer zeitlichen oder
räumlichen Variation der Kopplungskonstanten
Physik jenseits des Standard Modells
![Page 47: Das Higgs Boson u nd seine Masse Was lernen wir von der Entdeckung am LHC ?](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070423/568166ef550346895ddb4700/html5/thumbnails/47.jpg)
Quintessenz Kosmologie
Massen und Kopplungen können vom Wert des Kosmon – Felds abhängen
ähnlich zur Abhängigkeit vom Wert des Higgs Felds
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3
Standard Modell der Elementarteilchenphysik
könnte bis zur Planck Länge gültig bleiben
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Längen- und Energie- Skalen
Newton’s Konstante GN=1/(8πM²)
Reduzierte Planck Masse M=2.44×1018 GeV
Planck – Länge 10 -34 m
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Längen- und Energie- Skalen
Fermi – Skala 175 Gev
Reduzierte Planck Masse M=2.44×1018 GeV
Fermi – Länge 10 -18 m
Planck – Länge 10 -34 m
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Die grosse Wüste :Neue Physik erst bei der
Planck - Länge
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a prediction…
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The mass of the Higgs boson, the great
desert, and asymptotic safety of gravity
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key points
great desert solution of hierarchy problem at
high scale high scale fixed point vanishing scalar coupling at fixed
point
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![Page 56: Das Higgs Boson u nd seine Masse Was lernen wir von der Entdeckung am LHC ?](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070423/568166ef550346895ddb4700/html5/thumbnails/56.jpg)
no supersymmetry
no low scale higher dimensions
no technicolorno multi-Higgs model
Planck scale, gravity
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Entscheidende Grössequartische skalare
KopplungVorhersage der Masse des Higgs
Bosons =Vorhersage des Werts der quartischen
skalaren Kopplung λ bei der Fermi Skala
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Potenzial für Higgs-Skalar
φ : komplexes Feld
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Renormierung , laufende Kopplungen
Kopplungen hängen von derLängenskala ab , oder von einer Massenskala k
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Laufende quartische skalare Kopplung
Degrassi et al
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Vorhersage für die Masse des
Higgs Skalars
2010
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“Vorhersage ” für die Masse des Top – Quarks
bei bekannter Masse des Higgs Bosons
for mH =126 Gev :
mt = 171.5 GeV
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Metastabiles Vakuum ?
Existenz eines konsistenten Modells dieser Art unsicher
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Zusammenfassung Entdeckung des Higgs- Bosons :
spontane Symmetriebrechung bestimmt Massen der Elementarteilchen
Vakuum is nicht leer Fundamentale Kopplungen sind
nicht unveränderlich Standard- Modell vielleicht bis zur
Planck Skala gültig
![Page 65: Das Higgs Boson u nd seine Masse Was lernen wir von der Entdeckung am LHC ?](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022070423/568166ef550346895ddb4700/html5/thumbnails/65.jpg)
conclusions
observed value of Higgs boson mass is compatible with great desert
short distance fixed point with small λ predicts Higgs boson mass close to 126 GeV
prediction in SM+gravity, but also wider class of models
desert: no new physics at LHC and future colliders
relevant scale for neutrino physics may be low or intermediate ( say 1011 GeV ) - oasis in desert ?
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end
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Running quartic scalar coupling λ
and Yukawa coupling of top quark h
neglect gauge couplings g
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running SM couplings
Degrassi et al
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Partial infrared fixed point
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infrared interval
allowed values of λ or λ/h2 at UV-scale Λ :
between zero and infinity are mapped to finite infrared interval of
values of λ/h2 at Fermi scale
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infrared interval
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running Planck mass
infrared cutoff scale k ,
for k=0 :
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What if top pole mass is 173 GeV ?
standard model needs extension around 1011 GeV
scale of seesaw for neutrinos heavy triplet ?
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