Σωματίδιο Σωματίδιο higgs, higgs, πως να το πως να το ανακαλύψουμε και απαιτήσεις ανακαλύψουμε και απαιτήσεις

ανιχνευτώνανιχνευτών

ΕΡΓΑΣΙΑ ΓΙΑ ΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ ΙΙΕΡΓΑΣΙΑ ΓΙΑ ΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΑ ΙΙTATAΤΑΛΑΣ ΠΕΤΡΟΣ ΤΑΛΑΣ ΠΕΤΡΟΣ 1196811968

ΠεριεχόμεναΠεριεχόμενα Καθιερωμένο Πρότυπο (Καθιερωμένο Πρότυπο (Standard Model)Standard Model) Αναγκαιότητα μηχανισμού Αναγκαιότητα μηχανισμού HiggsHiggs Μηχανισμός Μηχανισμός HiggsHiggs Παραγωγή σωματιδίου Παραγωγή σωματιδίου HiggsHiggs Διασπάσεις σωματιδίου Διασπάσεις σωματιδίου HiggsHiggs Πειραματικά αποτελέσματα απο Πειραματικά αποτελέσματα απο LEP-TEATRONLEP-TEATRON Ανίχνευση σωματιδίου Ανίχνευση σωματιδίου HiggsHiggs στο στο LHCLHC

Καθιερωμένο ΠρότυποΚαθιερωμένο Πρότυπο

Αναγκαιότητα του Αναγκαιότητα του μηχανισμού μηχανισμού HiggsHiggs

Η Η Lagrangian Lagrangian ενός συστήματοςενός συστήματος παραμένει παραμένει αναλλοίωτη κάτω από τοπικούς αναλλοίωτη κάτω από τοπικούς μετασχηματισμούς βαθμίδας μόνο αν τα μετασχηματισμούς βαθμίδας μόνο αν τα σωματίδια που περιγράφει είναι άμαζασωματίδια που περιγράφει είναι άμαζα

Επιπλέον οι διαδότεςΕπιπλέον οι διαδότες της αλληλεπίδρασης της αλληλεπίδρασης πρέπει να έχουν πρέπει να έχουν m=0m=0

Πειραματικά: Πειραματικά: m m ≠ 0≠ 0 mmww~80 GeV m~80 GeV mzz~90 GeV~90 GeV

Μηχανισμός Μηχανισμός HiggsHiggsTTην λύση στο πρόβλημα ήρθε ην λύση στο πρόβλημα ήρθε

να δώσει ο να δώσει ο Peter Higgs Peter Higgs το το 1964 προτείνοντας μία νέα 1964 προτείνοντας μία νέα θεωρία.θεωρία.

1)1) Το κενό είναι γεμάτο από Το κενό είναι γεμάτο από το πεδίο το πεδίο HiggsHiggs

2)2) Τα σωματίδια Τα σωματίδια αλληλεπιδρώντας με το αλληλεπιδρώντας με το HiggsHiggs αποκτούν μάζα αποκτούν μάζα

3)3) Οσο πιο πολύ Οσο πιο πολύ αλληλεπιδρούν τόσο αλληλεπιδρούν τόσο μεγαλύτερη μάζα αποκτούνμεγαλύτερη μάζα αποκτούν

4)4) Βαρύ σωματίδιο Βαρύ σωματίδιο μικρός χρόνος ημιζωήςμικρός χρόνος ημιζωής

Παραγωγή σωματιδίου Παραγωγή σωματιδίου HiggsHiggs

Μηχανισμοί παραγωγής από τις Μηχανισμοί παραγωγής από τις συγκρούσεις p-pσυγκρούσεις p-p

Διασπάσεις σωματιδίου Διασπάσεις σωματιδίου HiggsHiggs

Κριτήρια αποδοχής σήματοςΚριτήρια αποδοχής σήματος

2 λεπτόνια με 2 λεπτόνια με 2 λεπτόνια με2 λεπτόνια με

lZZH 4*

Κριτήρια επιλογήςΚριτήρια επιλογής 1)Ηλεκτρόνιο με 1)Ηλεκτρόνιο με ή μιόνιο με ή μιόνιο με 2) 2 2) 2 b-jets b-jets μεμε

Πειραματικά αποτελέσματα απο Πειραματικά αποτελέσματα απο LEP-TEVATRONLEP-TEVATRON

Εξομoίωση για προσδιορισμό ευαισθησίας πειραματικών διατάξεων για εύρεση Higgs

Χαρακτηριστικά που Χαρακτηριστικά που πρέπει να έχει ο πρέπει να έχει ο

ανιχνευτήςανιχνευτής Η → γγ καλό ΗΜ καλορίμετροΗ → γγ καλό ΗΜ καλορίμετρο Η → ΖΖ (Η → ΖΖ (ee++ee--,,μμ++μμ--) καλό ΗΜ καλορίμετρο ) καλό ΗΜ καλορίμετρο

και καλο μυονικό ανιχνευτήκαι καλο μυονικό ανιχνευτή Η → Η → WW (qqbar,eWW (qqbar,eννe- e- ) ) καλό αδρονικό καλό αδρονικό

καλορόμετρο για καλορόμετρο για jets jets απο απο qqbar, qqbar, καλό καλό ΗΜ καλορίμετρο ή μυονικό ανιχνευτή & ΗΜ καλορίμετρο ή μυονικό ανιχνευτή & καλό αδρονικό ανιχνευτήκαλό αδρονικό ανιχνευτή

Η → Η → bbbbbar bar καλό ανιχνευτή ιχνηλασίας για καλό ανιχνευτή ιχνηλασίας για να προσδιοριστεί ακριβώς η αρχή του να προσδιοριστεί ακριβώς η αρχή του jet.jet.

Ανίχνευση Higgs μέσω διάσπασης σε 4 λεπτόνια

eeH

bbWH

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

p pbar→ttbar (tbar→wb(w→ev bjet)) t→wb (w→qqbar 3 jets)

Ανίχνευση σωματιδίου Ανίχνευση σωματιδίου Higgs Higgs στο στο LHCLHC

Ο μηχανισμός Ο μηχανισμός HiggsHiggs αναμένεται να αναμένεται να ελεγχθεί πειραματικά στο ελεγχθεί πειραματικά στο LHCLHC

Ο επιταχυντής LHC στο CERN και κάποιοι από τους ανιχνευτές

Τα πειράματα που θα ερευνήσουν την Τα πειράματα που θα ερευνήσουν την ύπαρξη του ύπαρξη του HiggsHiggs είναι το είναι το ATLAS & ATLAS & το το CMSCMS

LHCLHC:κυκλικός αδρονικός επιταχυντής σωματιδίων :κυκλικός αδρονικός επιταχυντής σωματιδίων περιφέρειας 27Km και διαμέτρου 3.8m περιφέρειας 27Km και διαμέτρου 3.8m

1232 υπεραγώγιμοι διπολικοί μαγνήτες παράγουν 1232 υπεραγώγιμοι διπολικοί μαγνήτες παράγουν μαγνητικό πεδίο 8.36 Tμαγνητικό πεδίο 8.36 T

EcEc..mm.= 14 .= 14 TeVTeV ~250 τρισεκατομύρια πρωτόνια (~2500 ομάδες των ~250 τρισεκατομύρια πρωτόνια (~2500 ομάδες των

1011 ) 1011 ) Εσωτερικο του επιταχυντή απ'τα πιοΕσωτερικο του επιταχυντή απ'τα πιοάδεια και κρύα (άδεια και κρύα (1.9 Κ 1.9 Κ = -271.1C)μέρη= -271.1C)μέρη τουτου σύμπαντος σύμπαντος

κενό και θερμοκρασίες μέσα στους σωλήνες τουκενό και θερμοκρασίες μέσα στους σωλήνες του επιταχυντή καλύτερα απ'του γαλαξιακού επιταχυντή καλύτερα απ'του γαλαξιακού μεσοαστρικού χώρου! μεσοαστρικού χώρου!

Ανιχνευτές μπορούν να μετρήσουν ένα δισεκατομύριο Ανιχνευτές μπορούν να μετρήσουν ένα δισεκατομύριο συγκρούσεις πρωτονίων το δευτερόλεπτο συγκρούσεις πρωτονίων το δευτερόλεπτο

Διαλέγουν τις “καλύτερες” 100-200 ανά δεπτερόλεπτοΔιαλέγουν τις “καλύτερες” 100-200 ανά δεπτερόλεπτοκαι να τις καταγράφουν με διακριτική ικανότητα και να τις καταγράφουν με διακριτική ικανότητα

φωτοφραφικής μηχανής των 100 Μεγα pixelς.φωτοφραφικής μηχανής των 100 Μεγα pixelς.

ΒιβλιογραφίαΒιβλιογραφία1)1) http://tevewwg.fnal.gov/http://tevewwg.fnal.gov/2)2) http://kordas.web.cern.ch/kordas/Tehttp://kordas.web.cern.ch/kordas/Te

aching/aching/3)3) http://www-cdf.fnal.gov/physicshttp://www-cdf.fnal.gov/physics4)4) http://http://

lepewwg.web.cern.ch/LEPEWWG/lepewwg.web.cern.ch/LEPEWWG/5)5) www.physics4u.grwww.physics4u.gr6)6) www.public.web.cern.chwww.public.web.cern.ch7)7) www.atlas.chwww.atlas.ch