Der Large Hadron Collider am CERN - Institut für Kern

Der Large Hadron Collider am CERN
und seine Schlüsselrolle für die Teilchenphysik
• Einführung
Offene Fragen der Teilchenphysik
• Der Large Hadron Collider
• Das ATLAS Experiment
• Suche nach dem Higgs-Boson
• Suche nach Neuer Physik
Karl Jakobs
Physikalisches Institut
Universität Freiburg / Germany
Das Standardmodell der Teilchenphysik
(i) Die Bausteine: Quarks und Leptonen
m (e) =
m (τ ) =
m (u) =
m (t ) =
0.000511 GeV/c2
1.8
GeV/c2
0.005 GeV/c2
172.5 GeV/c2
Zum Vergleich: m (p) = 0.938 GeV/c2
(ii) Kräfte / Wechselwirkungen:
werden durch den Austausch von Feldquanten / Bosonen übertragen
Elektroschwache Wechselwirkung:
γ, W±, Z
Quantenchromodynamik (QCD):
Gluonen
mγ = 0,
MW = 80.426
MZ = 91.1875
mg = 0
± 0.034 GeV / c2
± 0.0021 GeV / c2
Struktur des Standardmodells
Grundlegendes Prinzip: Lokale Eichinvarianz → masselose Vektorfelder
Prototyp: Quantenelektrodynamik
Anwendung auf die Wechselwirkungen des Standardmodells:
→ 4 masselose Vektorfelder
(Elektroschwache Theorie)
S. Glashow
A. Salam
S. Weinberg
physikalische Zustände
→
8 masselose Gluonen
(Quantenchromodynamik)
H.D. Politzer
D.J. Gross
F.E. Wilcek
Fundamentale Probleme:
1.
Massen der Vektorbosonen W and Z:
Experimentelle Ergebnisse:
2.
MW = 80.426 ± 0.034 GeV / c2
MZ = 91.1875 ± 0.0021 GeV / c2
Divergenzen in der Theorie
(Streuung von W-Bosonen)
-i M (W+W- → W+W-) ~ s / MW2
Der Higgs-Mechanismus
• Wichtiger Bestandteil des Standardmodells:
Komplexes skalares Feld mit Potential
wird eingeführt.
• Massenterme für Vektorfelder
(Wechselwirkung mit dem Higgs-Feld)
v = -µ2/λ
• Massenterme für Fermionen:
• Higgs-Teilchen
MH = √ λ v2
v = Vakuum-Erwartungswert v = (√2 GF) -½ = 246 GeV /c2
Masse nicht vorhergesagt:
Theorie: MH < ~ 1000 GeV/c2
W
H
• Endlicher WW-Streuquerschnitt durch Higgs-Boson Austausch
W
W
W
Wo stehen wir heute?
e+e- Beschleuniger LEP am CERN und SLC am SLAC
+ viele andere Experimente (Tevatron, fixed target…….)
haben den Energiebereich bis ~100 GeV mit unglaublicher Präzision erforscht
Das Standardmodell beschreibt alle
experimentellen Daten hervorragend !
Keine Anzeichen für Neue Physik.
Bislang kein Higgs-Boson entdeckt !
(Ein leichtes Higgs-Boson ist bevorzugt)
Die offenen Fragen
1. Masse:
Was ist der Ursprung der Masse?
- Wie ist die elektroschwache Symmetrie gebrochen ?
- Existiert das Higgs-Boson?
2. Vereinheitlichung: Was ist die zugrundeliegende fundamentale
Theorie?
- Gibt es eine Universalkraft als gemeinsame Urkraft der verschiedenen
Wechselwirkungen?
Motivation: Gravitation ist nicht eingebunden,
zu viele freie Parameter im Standardmodell
- Ist die Welt supersymmetrisch ?
- Gibt es sonstige Erweiterungen ?
3. Flavour: Generationenproblem
- Warum gibt es drei Materiefamilien?
- Neutrino-Massen und -Mischungen ?
- Was ist der Ursprung der CP-Verletzung?
Antworten auf einige dieser Fragen werden auf der Energieskala bis 1 TeV erwartet !
Where are we in the Universe ?
We are here
Surrounded by
• Mass
(planets, stars, ….,hydrogen gas)
•
Dark Matter
• Dark Energy
© Rocky Kolb
Die Rolle des Large Hadron Colliders
1.
Masse
- Suche nach dem Higgs-Boson
SUSY-Teilchen als Dunkle Materie ?
2. Vereinheitlichung
- Test des Standardmodells
- Suche nach Supersymmetrie
- Suche nach sonstiger Neuer Physik
3.
Flavour
- CP Verletzung im B-System
M. Battaglia, I. Hinchliffe, D.Tovey, hep-ph/0406147
K. Jakobs
Kolloquium, TU Dresden, Mai 2006
Der Large Hadron Collider (LHC)
• Proton-Proton Beschleuniger im
LEP-Tunnel am CERN
p
⇒
7 TeV
⇐
p
7 TeV
- Höchste Energien pro Kollision
- Bedingungen wie zu Zeiten von 10-13 -10-14 s
nach dem Urknall
• Vier geplante Experimente: ATLAS, CMS
LHC-B
ALICE
(pp-Physik)
(Physik der b-Quarks)
(Pb-Pb Kollisionen)
• Gebaut in einer internationalen Kollaboration aus 34 Ländern
• Geplante Inbetriebnahme: 2007
Wichtige Komponenten des Beschleunigers
• Supraleitende Dipolmagnete halten die hochenergetischen Teilchen auf der Kreisbahn
- größte Herausforderung: Magnetfeld von 9 Tesla
- insgesamt 1232 Stück, jeweils 15 m lang
- Betrieb bei einer Temperatur von 1.9 K
• Acht supraleitende Beschleunigerstrukturen, Beschleunigungsfeld 5 MV/m
Beam energy
Luminosity
7 TeV
1033 - 1034 cm-2s-1
Bunch spacing
25 ns
Particles/Bunch
1.15 ·1011
SC Dipoles
1232, 15 m, 8.33T
Stored Energy
362 MJ/Beam
Stand des Aufbaus:
• Fast alle Komponenten verfügbar
• Größtes Problem: Installation der
Magnete im Tunnel
(zeitkritisch, parallele Arbeiten)
Zeitplan: fertig Ende März 2007
• Erste Kollisionen:
Herbst/Winter 2007
Installationsarbeiten
Im Tunnel
Magnete in Halle SMI2
Proton-Proton Kollisionen am LHC
Proton – Proton:
2835 x 2835 Pakete (bunches)
Abstand: 7.5 m ( 25 ns)
1011 Protonen / bunch
Kreuzungsrate der p-Pakete: 40 Mio. / sec
Luminosität: L = 1034 cm-2 sec-1
Proton-Proton Kollisionen: ~109 / sec
(Überlagerung von 23 pp-Wechselwirkungen
während einer Strahlkreuzung)
~1600 geladene Teilchen im Detektor
⇒ hohe Teilchendichten
hohe Anforderungen an die Detektoren
Gelöst in Forschungs- und Entwicklungsprojekten
Produktionsraten
• Inelastische Proton-Proton Reaktionen:
• Quark -Quark/Gluon Streuungen mit
großen transversalen Impulsen
• b-Quark Paare
• Top-Quark Paare
1 Milliarde / sec
~100 Millionen/ sec
5 Millionen / sec
8
/ sec
•W →eν
• Z →ee
150
15
• Higgs (150 GeV)
• Gluino, Squarks (1 TeV)
0.2
0.03
Dominierende Streuprozesse:
qq, qg, gg – Streuung (QCD)
/ sec
/ sec
/ sec
/ sec
Proton -Proton Kollisionen
Quark-Quark Streuung:
Keine Leptonen/Photonen im
Anfangs- und Endzustand
q
q
p
q
q
p
Leptonen mit großem Transversalimpuls im Endzustand:
⇒ interessante Physik !
Beispiel: Higgs Produktion und Zerfall
l
q
W
q
W
H
p
l
ν
ν
q
q
p
Wichtige Signaturen:
• Leptonen und Photonen
• Fehlende transversale Energie
Der ATLAS Detektor
Durchmesser
Länge des zentralen Toroiden
Gesamte Länge (incl. Myonkammern)
Gesamtgewicht
25 m
26 m
46 m
7000 t
Der ATLAS Detektor im Vergleich ….
ATLAS Collaboration
(Status Oct. 2004)
Albany, Alberta, NIKHEF Amsterdam, Ankara, LAPP Annecy, Argonne NL, Arizona, UT Arlington,
Athens, NTU Athens, Baku, IFAE Barcelona, Belgrade, Bergen, Berkeley LBL and UC, Bern,
Birmingham, Bonn, Boston, Brandeis, Bratislava/SAS Kosice, Brookhaven NL, Bucharest,
Cambridge, Carleton/CRPP, Casablanca/Rabat, CERN, Chinese Cluster, Chicago, Clermont-Ferrand,
Columbia, NBI Copenhagen, Cosenza, INP Cracow, FPNT Cracow, Dortmund, Dresden, JINR Dubna,
Duke, Frascati, Freiburg, Geneva, Genoa, Gießen, Glasgow, LPSC Grenoble, Technion Haifa,
Hampton, Harvard, Heidelberg, Hiroshima, Hiroshima IT, Indiana, Innsbruck, Iowa SU, Irvine UC,
Istanbul Bogazici, KEK, Kobe, Kyoto, Kyoto UE, Lancaster, Lecce, Lisbon LIP, Liverpool, Ljubljana,
QMW London, RHBNC London, UC London, Lund, UA Madrid, Mainz, Manchester, Mannheim, CPPM
Marseille, MIT, Melbourne, Michigan, Michigan SU, Milano, Minsk NAS, Minsk NCPHEP, Montreal,
FIAN Moscow, ITEP Moscow, MEPhI Moscow, MSU Moscow, Munich LMU, MPI Munich,
Nagasaki IAS, Naples, Naruto UE, New Mexico, Nijmegen, Northern Illinois, BINP Novosibirsk,
Ohio SU, Okayama, Oklahoma, LAL Orsay, Oslo, Oxford, Paris VI and VII, Pavia, Pennsylvania, Pisa,
Pittsburgh, CAS Prague, CU Prague, TU Prague, IHEP Protvino, Ritsumeikan, UFRJ Rio de Janeiro,
Rochester, Rome I, Rome II, Rome III, Rutherford Appleton Laboratory, DAPNIA Saclay,
Santa Cruz UC, Sheffield, Shinshu, Siegen, Simon Fraser Burnaby, Southern Methodist Dallas,
NPI Petersburg, Stockholm, KTH Stockholm, Stony Brook, Sydney, AS Taipei, Tbilisi, Tel Aviv,
Thessaloniki, Tokyo ICEPP, Tokyo MU, Tokyo UAT, Toronto, TRIUMF, Tsukuba, Tufts, Udine,
Uppsala, Urbana UI, Valencia, UBC Vancouver, Victoria, Washington, Weizmann Rehovot,
Wisconsin, Wuppertal, Yale, Yerevan
(158 Institutions from 35 Countries)
Total Scientific Authors
Scientific Authors holding a PhD or equivalent
1650
1310
Das ATLAS Experiment
• Solenoidmagnetfeld (2T) im inneren
Bereich (Impulsmessung)
Hochauflösende Halbleiterdetektoren:
- 6 Mio. Kanäle (80 µm x 12 cm)
-100 Mio. Kanäle (50 µm x 400 µm)
Ortsauflösung: ~ 15 µm
• Energiemessung bis 1o an die
Strahlachse
• Unabhängiges Myon-Spektrometer
(supraleitendes Toroidsystem)
Bonn, Dortmund, Dresden, Freiburg, Gießen,
Heidelberg, Mainz, Mannheim, LMU München,
MPI München, Siegen, Wuppertal
+ DESY, HU Berlin
The Underground
Cavern at Pit-1 for
the ATLAS Detector
Length = 55 m
Width = 32 m
Height = 35 m
ATLAS detector construction and installation
K. Jakobs
Kolloquium, TU Dresden, Mai 2006
ATLAS detector construction: Calorimeters
K. Jakobs
Kolloquium, TU Dresden, Mai 2006
ATLAS Installation
November 2005
• Konstruktion der Komponenten mittlerweile fast abgeschlossen
• Bereit für die Datennahme Ende August 2007
K. Jakobs
Kolloquium, TU Dresden, Mai 2006
Der Spurdetektor aus Silizium-Streifendetektoren
K. Jakobs
Kolloquium, TU Dresden, Mai 2006
Die ersten Teilchenspuren im ATLAS-Detektor
(Kosmische Strahlen)
K. Jakobs
Kolloquium, TU Dresden, Mai 2006
Point 1 : ATLAS experimental area
All buildings delivered, all surface buildings infrastructure operational
K. Jakobs
Kolloquium, TU Dresden, Mai 2006
Die Suche nach dem Higgs-Teilchen
• Die Suche nach dem Higgs-Teilchen ist eine der wichtigsten Aufgaben des LHC
• Die Masse ist ein freier Parameter
Massengrenzen:
experimentell
mH > 114,4 GeV/c2
LEP
Theorie:
mH < ~ 1 TeV/c2
Beschreibung aller Daten im Standardmodell
(Quantenkorrekturen) bevorzugen ein
leichtes Higgs-Boson
Der gesamte erlaubte Massenbereich
muss am LHC abgedeckt werden
MH = 91 (+45) (-32)
MH < 186 GeV/c2
GeV/c2
(95 % CL)
Eigenschaften des Higgs-Teilchens
•
Zerfälle des Higgs-Teilchens:
H
W+, Z, t, b, c, τ+,.........., g, γ
W-, Z, t, b, c, τ ,.........., g, γ
(+ W-loop contributions)
Produktion des Higgs-Teilchens
Vier Produktionsprozesse
Produktionswirkungsquerschnitt in Abhängigkeit der Masse
M. Spira
pb
H → ZZ(*) → ℓℓℓℓ
Signal:
σ BR = 5.7 fb (mH = 100 GeV)
Untergrund: Top Quark-Produktion
tt → Wb Wb → ℓν cℓν ℓν cℓν
σ BR ≈ 1300 fb
Assoziierte Produktion von Z bb
Z bb → ℓℓ cℓν cℓν
PT(1,2) > 20 GeV
PT (3,4) > 7 GeV
|η| < 2.5
Isolierte Leptonen
M(ℓℓ) ~ MZ
M(ℓ’ℓ‘) < Mz
L = 100 fb-1
Untergrund-Unterdrückung: Leptonen von b-Quark Zerfällen
→ nicht isoliert
→ entstehen nicht am Primärvertex
(B-Meson Lebensdauer: ~ 1.5 ps)
Wichtigster Untergrund nach Isolationskriterien: ZZ Kontinuum
Entdeckungspotential im Massenbereich von ~130 to ~600 GeV/c2
Ein simuliertes H → ΖΖ → ℓℓℓℓ event
H→ γγ
γ
γ
Zwei isolierte Photonen:
PT(γ1) > 40 GeV
PT(γ2) > 25 GeV
|η| < 2.5
Untergrund:
q
q
Signal / Untergrund ~ 4%
Sensitivität im Massenbereich von 100 – 140 GeV/c2
Untergrund aus γγ Ereignissen kann aus Seitenbändern bestimmt werden
γ
γ
More difficult channels can also be used:
qq H → qq WW → qq ℓν ℓν
Jet
Motivation: Increase discovery potential at low mass
Improve measurement of Higgs boson parameters
Jet
(couplings to bosons, fermions)
Distinctive Signature of:
- two high PT leptons
- missing transverse momentum
- two high PT forward tag jets
- little jet activity in the central region
⇒ central jet Veto
Pseudorapidität der Jets
Higgs QCD
Differenz in Pseudorapidität
Higgs
Decay
Tag jets
φ
η
QCD
Higgs
qq H → qq WW*
→ qq l ν l ν
qq H → qq τ τ
→ qq l ν ν l ν ν
→ qq l ν ν h ν
ATLAS Higgs-Boson Entdeckungspotential
• Der komplette Massenbereich
kann bereits nach einer Laufzeit
von 1-2 Jahren abgedeckt werden
L = 30 fb-1
• Mehrere Zerfallskanäle sichtbar
„ Am LHC kann die Frage nach
der Existenz eines
Standardmodell-Higgs-Bosons
geklärt werden “
„Am LHC können auch erste Messungen der Eigenschaften
des Higgs-Bosons durchgeführt werden“
• Massenbestimmung mit einer
Genauigkeit von ~ 0.1 %
• Erste Bestimmung von Verhältnissen
von Kopplungskonstanten
(Genauigkeit: 10-20%)
„Auch ein supersymmetrischer Higgs Sektor
kann abgedeckt werden“
±
MSSM Higgs-Bosonen h, H, A, H
• Falls supersymmetrische Teilchen
h,A,H,H±
h,A,H
existieren, werden mindestens fünf
Higgs-Teilchen erwartet
h,H±
h
H,H±
• Über weite Bereiche des Parameterraums
h,H
h,H,H±
h,A,H,H±
h,H±
können mehrere dieser Higgs-Teilchen
entdeckt werden
Updated MSSM scan for different benchmark scenarios
• Vector boson channels included
• Benchmark scenarios as defined by M.Carena et al. (h mainly affected)
ATLAS, 30 fb-1,
5σ coverage for h
Mh-max scenario
(MSUSY=1 TeV )
maximal theoretically allowed region for mh
bbhƵµ
(MSUSY= 2TeV)
VBF,
(1TeV almost excl. by LEP ) hÆττ
Nomixing scenario
Excluded by LEP
small mh Æ difficult forVBF,
LHC hÆττ+WW
tthÆbb
Gluophobic scenario
(MSUSY = 350 GeV)
WÆWhÆlνbb
coupling to gluons suppressed
VBF,hÆWW
(cancellation of top + stop
loops)
small rate for g g Æ H,combined
HÆγγ and ZÆ4 ℓ
Small α scenario
(MSUSY
= 800
VBF channels
cover
a GeV)
coupling to b (and t) suppressed
part gluino
of the
(cancellationlarge
of sbottom,
loops) for
large tan
β and plane
MA 100 to 500 GeV
MSSM
Die Suche nach
Supersymmetrie
Das Minimal Supersymmetrische Standardmodell (MSSM)
Symmetrie zwischen Fermionen und Bosonen
~
Für jedes Teilchen p mit Spin s, existiert ein SUSY-Partner p mit Spin s-1/2.
z.B.:
q (s=1/2) →
g (s=1)
→
Verdopplung der Teilchenzahl:
q~ (s=0)
g~ (s=1/2)
squarks
gluino
SUSY Phänomenologie
Multiplikative Quantenzahl:
+ 1 Standardmodell-Teilchen
R-Parität
Rp=
- 1 SUSY-Partnerteilchen
ist in vielen SUSY-Modellen erhalten.
Konsequenz:
• SUSY-Teilchen werden paarweise produziert
• Das leichteste supersymmetrische Teilchen (LSP) ist stabil.
In den meisten Modellen wechselwirkt das LSP nur schwach:
LSP ≡ χ01
→ LSP verhält sich im Detektor wie ein ν →
verlässt den Detektor ohne Wechselwirkung, trägt Energie und Impuls weg
Typische SUSY-Signatur: fehlende transversale Energie ETmiss
Warum ist SUSY bei den Teilchenphysikern so beliebt?
1.
Quadratisch divergente Quanten-Korrekturen zur
Higgs-Boson-Masse werden vermieden
→
(Hierarchie- oder Natürlichkeitsproblem)
2.
Vereinigung der Kopplungskonstanten der
drei Wechselwirkungen erscheint möglich
3.
SUSY enthält einen Kandidaten für Dunkle Materie,
das leichteste SUSY-Teilchen
(LSP)
4.
Eine SUSY-Erweiterung ist konsistent mit den
elektroschwachen Präzisionsdaten
mSUSY ~ 1 TeV
Suche nach Supersymmetrie am LHC
• Wenn SUSY auf der Energieskala von 2-3 TeV existiert,
ist eine Entdeckung am LHC möglich
• Squarks und Gluinos werden in starker Wechselwirkung
erzeugt
(hohe Raten)
• Sie zerfallen in Kaskaden in das LSP
⇒
Kombination von
Jets, Leptonen, ETmiss
1. Schritt: Suche nach Abweichungen vom Standardmodell
Beispiel: Multijet + ETmiss Signatur
2. Schritt: Etablierung der SUSY Massenskala,
z.B. effektive Massenverteilung
3. Schritt: Bestimmung der Modellparameter (schwierig)
Strategie: Selektion spezieller Zerfallsketten, Suche nach kinematischen
Endpunkten, um Massenkombinationen zu bestimmen
Beispiel: Produktion von Squarks und Gluinos
• Kaskadenzerfälle in das LSP: Suche nach Ereignissen mit mehreren Jets und
fehlender transversaler Energie ETmiss
• Typische Selektion: Njet > 4,
ET > 100, 50, 50, 50 GeV,
• Observable:
ETmiss > 100 GeV
(effektive Masse)
LHC Reichweite für Squark- and Gluino-Massen:
1 fb-1
10 fb-1
100 fb-1
⇒
⇒
⇒
M ~ 1500 GeV
M ~ 1900 GeV
M ~ 2500 GeV
SUSY auf der TeV-Skala kann schnell
Beispiel: mSUGRA
m0 = 100 GeV, m1/2 = 300 GeV
tan β = 10,
A0 = 0, µ > 0
entdeckt werden !
LHC Reichweite im SUSY Parameter-Raum (mSUGRA):
Multijet + ETmiss Signatur
Lepton-, b-jet- und τ-Signaturen
Suche nach Supersymmetrie am LHC
• Wenn SUSY auf der Energieskala von 2-3 TeV existiert,
ist eine Entdeckung am LHC möglich
• Squarks und Gluinos werden in starker Wechselwirkung
erzeugt
(hohe Raten)
• Sie zerfallen in Kaskaden in das LSP
⇒
Kombination von
Jets, Leptonen, ETmiss
1. Schritt: Suche nach Abweichungen vom Standardmodell
Beispiel: Multijet + ETmiss Signatur
2. Schritt: Etablierung der SUSY Massenskala,
z.B. effektive Massenverteilung
3. Schritt: Bestimmung der Modellparameter (schwierig)
Strategie: Selektion spezieller Zerfallsketten, Suche nach kinematischen
Endpunkten, um Massenkombinationen zu bestimmen
Bestimmung von SUSY-Modellparametern
• Unsichtbares LSP
• Beispiel:
⇒
keine vollständige Massenrekonstruktion möglich,
kinematische Endpunkte ⇒ Massenkombinationen
χ02 → χ01 l+ l- Endpunkt:
(signifikanter Zerfall, wenn keine χ02 → χ01Z, χ01h,
Mll = M(χ02) - M(χ01)
~
oder l l Zerfälle auftreten)
• Selektion: 2 isolierte Leptonen, mehrere Jets, und hohes
ETmiss
Form des ll-Spektrum
wird durch Zerfallsmodus
bestimmt
Strategie in SUSY-Suchen am LHC:
• Suche nach einem Überschuss an Multijet + ETmiss Ereignissen
• Falls vorhanden: Selektion von SUSY-Ereignissen (einfache Schnitte)
• Suche nach speziellen Eigenschaften
(z.B., γ‘s , Sleptonen mit großer Lebensdauer,…..)
• Suche nach l±, l+ l-, l± l±, b-jets, τ‘s
• Analyse von Lepton-Spektren, globaler Fit
K. Jakobs
Kolloquium, TU Dresden, Mai 2006
Zusätzliche Raum-Zeit-Dimensionen am LHC ?
• Mittlerweile: großes theoretisches Interesse an Modellen mit zusätzlichen
Raum-Zeit-Dimensionen
(Erklärt die Schwäche der Gravitation durch zusätzliche Dimensionen)
• Neue Physik kann auf der TeV-Skala, d.h. am LHC, erscheinen
Beispiel: Suche nach direkter Graviton-Produktion
gg
→
gG , qg
→
qG , q q →
all
w
SM
qq → G γ
⇒ Jets oder Photonen mit
Gg
ETmiss
G
G
Bulk
Suche nach entweichenden Gravitonen
Jet + ETmiss Suche:
Überschuss von Ereignissen mit ETmiss
(über dem Untergrund aus W+jets und Z+jets
Ereignissen)
Möglich, aber nicht einfach,
Erfordert genaues Verständnis des
Untergrundes
δ
G = 8πR M
−1
N
MDmax
δ
Hauptuntergründe:
jet+Z(→νν), jet+W→jet+(e,µ,τ)ν
K. Jakobs
Extension:
2 +δ
D
δ : # zusätzl. Dimensionen
MD = Skala der Gravitation
R = Radius (Ausdehnung)
= 9.1,
for
=
2,
10-5,
7.0,
3,
6.0 TeV
4
10-10, 10-12 m
Kolloquium, TU Dresden, Mai 2006
Weitere Beispiele für
Physik jenseits des Standardmodells
30 fb -1
100 fb -1
Excited Quarks
Q* → q γ
M (q*) ~ 3.5 TeV
M (q*) ~ 6 TeV
Leptoquarks
M (LQ) ~ 1 TeV
M (LQ) ~ 1.5 TeV
Z‘ → ℓℓ, jj
W‘→ ℓ ν
M (Z‘) ~ 3 TeV
M (W‘) ~ 4 TeV
M (Z‘) ~ 5 TeV
M (W‘) ~ 6 TeV
Compositeness
Λ
Λ
(from Di-jet)
~ 25 TeV
~ 40 TeV
Wichtige vorbereitende theoretische Arbeiten
• Theoretische Rechnungen der Signal- und Untergrundprozesse in NLO und
NNLO der Störungsreihe
• Zuverlässige Monte Carlo-Generatoren zur Ereignissimulation
(MC@NLO, SHERPA, ……)
• Test und Verifizierung der Generatoren u. Modelle mit existierenden Daten
Beispiel: SHERPA Monte Carlo
Theorie:
Experiment:
F. Krauss et al., Dresden
H. Nilsen, Freiburg
Prozess: Z + Jet Produktion am Fermilab Tevatron Beschleuniger
PYTHIA Monte Carlo
SHERPA Monte Carlo
SHERPA beschreibt auch Korrelationen zwischen Jets
Zusammenfassung
•
Das „Flaggschiff” der Teilchenphysik, der Large Hadron Collider, wird im
kommenden Jahr seinen Betrieb aufnehmen
Es ist das bislang größte und ehrgeizigste Projekt der Hochenergiephysik
(Technologie, Komplexität, Ressourcen, Zusammenarbeit, ..……..)
•
Den Experimenten am LHC fällt eine Schlüsselrolle zu:
Die Fragen nach der
- Existenz des Higgs-Teilchens,
- Niederenergie-Supersymmetrie oder
- anderen Phänomenen jenseits des Standardmodells auf der TeV-Skala
können geklärt werden.