Das Higgs–Boson - Universität Heidelberg
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Higgs–Boson Tilman Plehn Symmetrien Higgs–Mechanismus Giganten Das Higgs–Boson Higgs–Boson Fragen Tilman Plehn Universität Heidelberg, ehemals Edinburgh Higgs–Boson Symmetrien Tilman Plehn Symmetrien Kaffee und Plätzchen beim Banktermin? Higgs–Mechanismus Giganten Higgs–Boson Fragen symmetrisch vor 2007 =− Higgs–Boson Symmetrien Tilman Plehn Symmetrien Kaffee und Plätzchen beim Banktermin? Higgs–Mechanismus Giganten Higgs–Boson Fragen unsymmetrisch nach 2007 6= − Higgs–Boson Higgs–Mechanismus Tilman Plehn Symmetrien Higgs–Mechanismus Giganten Higgs–Boson Fragen Masse durch das Vakuum – ‘spontane Symmetriebrechung’ bekannt – symmetrisches Vakuum mit Kennzahl v = 0 löst v = −v unsymetrisches Vakuum mit Kennzahl v = 246 – Masse m = g · v m = 0 im symmetrischen Vakuum m = 246 · g im unsymmetrischen Vakuum Higgs–Boson Higgs–Mechanismus Tilman Plehn Symmetrien Higgs–Mechanismus Giganten Higgs–Boson Fragen Masse durch das Vakuum – ‘spontane Symmetriebrechung’ bekannt – symmetrisches Vakuum mit Kennzahl v = 0 löst v = −v unsymetrisches Vakuum mit Kennzahl v = 246 – Masse m = g · v m = 0 im symmetrischen Vakuum m = 246 · g im unsymmetrischen Vakuum – Temperatur als Kennzahl rund 20◦ in Heidelberg im Durchschnitt ab 30◦ am Philosophenweg gefühlt schwer Kopplung m = g · T individuell verschieden Higgs–Boson Higgs–Mechanismus Tilman Plehn Symmetrien Higgs–Mechanismus Giganten Higgs–Boson Fragen Masse durch das Vakuum – ‘spontane Symmetriebrechung’ bekannt – symmetrisches Vakuum mit Kennzahl v = 0 löst v = −v unsymetrisches Vakuum mit Kennzahl v = 246 – Masse m = g · v m = 0 im symmetrischen Vakuum m = 246 · g im unsymmetrischen Vakuum – Temperatur als Kennzahl rund 20◦ in Heidelberg im Durchschnitt ab 30◦ am Philosophenweg gefühlt schwer Kopplung m = g · T individuell verschieden – kühle Brise Temperaturveränderung klar fühlbar Quantenmechanik: v -Welle = Higgs–Teilchen Higgs–Boson Higgs–Mechanismus Tilman Plehn Symmetrien Higgs–Mechanismus Giganten Higgs–Boson Fragen Masse durch das Vakuum – ‘spontane Symmetriebrechung’ bekannt – symmetrisches Vakuum mit Kennzahl v = 0 löst v = −v unsymetrisches Vakuum mit Kennzahl v = 246 – Masse m = g · v m = 0 im symmetrischen Vakuum m = 246 · g im unsymmetrischen Vakuum – Temperatur als Kennzahl rund 20◦ in Heidelberg im Durchschnitt ab 30◦ am Philosophenweg gefühlt schwer Kopplung m = g · T individuell verschieden – kühle Brise Temperaturveränderung klar fühlbar Quantenmechanik: v -Welle = Higgs–Teilchen – Namensgebung Materieteilchen = Fermionen Rest = Bosonen Higgs–Boson Higgs–Boson Shoulders of Giants Tilman Plehn Symmetrien Higgs–Mechanismus Giganten Massive Austauschteilchen – Fermi 1934: Zerfalls des Neutrons erste Beschreibung von Elementarteilchen-Kräften Higgs–Boson Fragen – Yukawa 1935: Kräfte endlicher Reichweite Grundlage für Theorie des Atomkerns – Tomonaga, Schwinger 1942-1948: Quantenelektrodynamik Quantentheorie der elektrischen Ladung – Glashow, Salam, Weinberg 1961-1968: schwache Kernkraft Symmetriestruktur des sogenannten Standardmodells – ’t Hooft, Veltman 1971: mathematische Konsistenz vom Urknall zum LHC zum Kernkraftwerk Higgs–Boson Shoulders of Giants Tilman Plehn Symmetrien Higgs–Mechanismus Giganten Massive Austauschteilchen – Fermi 1934: Zerfalls des Neutrons erste Beschreibung von Elementarteilchen-Kräften Higgs–Boson Fragen – Yukawa 1935: Kräfte endlicher Reichweite Grundlage für Theorie des Atomkerns – Tomonaga, Schwinger 1942-1948: Quantenelektrodynamik Quantentheorie der elektrischen Ladung – Glashow, Salam, Weinberg 1961-1968: schwache Kernkraft Symmetriestruktur des sogenannten Standardmodells – Higgs, Brout, Englert 1964: spontane Symmetriebrechung Higgs–Boson – ’t Hooft, Veltman 1971: mathematische Konsistenz vom Urknall zum LHC zum Kernkraftwerk Higgs–Boson Higgs–Boson Tilman Plehn Symmetrien Higgs–Mechanismus Giganten Zwei Probleme der Elementarteilchenphysik 1 Goldstone–Theorem: spontane Symmetriebrechung experimentell ausgeschlossen Higgs–Boson Fragen 2 Licht–Polarisationen und 3 6= 2 Higgs–Boson Higgs–Boson Tilman Plehn Symmetrien Higgs–Mechanismus Giganten Zwei Probleme der Elementarteilchenphysik 1 Goldstone–Theorem: spontane Symmetriebrechung experimentell ausgeschlossen Higgs–Boson Fragen 2 Licht–Polarisationen und 3 6= 2 Peter Higgs [Brout & Englert; Guralnik, Hagen, Kibble] – 1964: zwei Probleme mit einer Lösung Higgs–Boson Higgs–Boson Tilman Plehn Symmetrien Higgs–Mechanismus Giganten Higgs–Boson Zwei Probleme der Elementarteilchenphysik 1 Goldstone–Theorem: spontane Symmetriebrechung experimentell ausgeschlossen 2 Licht–Polarisationen und 3 6= 2 Fragen Peter Higgs [Brout & Englert; Guralnik, Hagen, Kibble] – 1964: zwei Probleme mit einer Lösung Higgs–Boson Higgs–Boson Tilman Plehn Symmetrien Higgs–Mechanismus Giganten Higgs–Boson Zwei Probleme der Elementarteilchenphysik 1 Goldstone–Theorem: spontane Symmetriebrechung experimentell ausgeschlossen 2 Licht–Polarisationen und 3 6= 2 Fragen Peter Higgs [Brout & Englert; Guralnik, Hagen, Kibble] – 1964: zwei Probleme mit einer Lösung – 1966: Eigenschaften des Higgs–Teilchens Higgs–Boson Higgs–Boson Tilman Plehn Symmetrien Higgs–Mechanismus Giganten Higgs–Boson Zwei Probleme der Elementarteilchenphysik 1 Goldstone–Theorem: spontane Symmetriebrechung experimentell ausgeschlossen 2 Licht–Polarisationen und 3 6= 2 Fragen Peter Higgs [Brout & Englert; Guralnik, Hagen, Kibble] – 1964: zwei Probleme mit einer Lösung – 1966: Eigenschaften des Higgs–Teilchens Higgs–Boson Higgs–Boson Tilman Plehn Symmetrien Higgs–Mechanismus Giganten Higgs–Boson Zwei Probleme der Elementarteilchenphysik 1 Goldstone–Theorem: spontane Symmetriebrechung experimentell ausgeschlossen 2 Licht–Polarisationen und 3 6= 2 Fragen Peter Higgs [Brout & Englert; Guralnik, Hagen, Kibble] – 1964: zwei Probleme mit einer Lösung – 1966: Eigenschaften des Higgs–Teilchens Higgs–Boson Higgs–Boson Tilman Plehn Symmetrien Higgs–Mechanismus Giganten Higgs–Boson Zwei Probleme der Elementarteilchenphysik 1 Goldstone–Theorem: spontane Symmetriebrechung experimentell ausgeschlossen 2 Licht–Polarisationen und 3 6= 2 Fragen Peter Higgs [Brout & Englert; Guralnik, Hagen, Kibble] – 1964: zwei Probleme mit einer Lösung – 1966: Eigenschaften des Higgs–Teilchens – seit 1976: Higgs–Suchen an Teilchenbeschleunigern Higgs–Boson Higgs–Boson Tilman Plehn Symmetrien Higgs–Mechanismus Giganten Higgs–Boson Zwei Probleme der Elementarteilchenphysik 1 Goldstone–Theorem: spontane Symmetriebrechung experimentell ausgeschlossen 2 Licht–Polarisationen und 3 6= 2 Fragen Peter Higgs [Brout & Englert; Guralnik, Hagen, Kibble] – 1964: zwei Probleme mit einer Lösung – 1966: Eigenschaften des Higgs–Teilchens – seit 1976: Higgs–Suchen an Teilchenbeschleunigern Higgs–Boson Higgs–Boson Tilman Plehn Symmetrien Higgs–Mechanismus Giganten Zwei Probleme der Elementarteilchenphysik 1 Goldstone–Theorem: spontane Symmetriebrechung experimentell ausgeschlossen Higgs–Boson Fragen 2 Licht–Polarisationen und 3 6= 2 Peter Higgs [Brout & Englert; Guralnik, Hagen, Kibble] – 1964: zwei Probleme mit einer Lösung – 1966: Eigenschaften des Higgs–Teilchens – seit 1976: Higgs–Suchen an Teilchenbeschleunigern ⇒ Higgs–Boson eine rein theoretische Vorhersage Higgs–Boson Higgs–Boson Tilman Plehn Symmetrien Higgs–Mechanismus Giganten Higgs–Boson Fragen Zwei Probleme der Elementarteilchenphysik 1 Goldstone–Theorem: spontane Symmetriebrechung experimentell ausgeschlossen 2 Licht–Polarisationen und 3 6= 2 Mathematische Formulierung V = − µ2 |φ|2 + λ|φ|4 Minimum bei v φ= √ 2 ∂V v2 µ2 = − µ2 + 2λ|φ|2 ⇒ = 2 ∂ |φ| 2 2λ Variation φ = ∂ 2 V 2 mH = ∂H 2 v +H √ 2 Minimum = 2λv 2 Higgs–Boson Fragen Tilman Plehn Symmetrien Higgs–Mechanismus Giganten Higgs–Boson Fragen 1. Higgs–Eigenschaften? – Psychologie: Higgs–Suche findet Higgs–Teilchen – Skalar erwartet ‘schweres Photon’ unwahrscheinlich ‘Graviton’ extrem unwahrscheinlich Higgs–Boson Fragen Tilman Plehn Symmetrien Higgs–Mechanismus Giganten Higgs–Boson Fragen 1. Higgs–Eigenschaften? – Psychologie: Higgs–Suche findet Higgs–Teilchen – Skalar erwartet ‘schweres Photon’ unwahrscheinlich ‘Graviton’ extrem unwahrscheinlich 2. Kopplung an andere Elementarteilchen? – zentrale Higgs–Vorhersage – m = g · 246 für alle Teilchen? Higgs–Boson Fragen Tilman Plehn Symmetrien Higgs–Mechanismus Giganten Higgs–Boson Fragen 1. Higgs–Eigenschaften? – Psychologie: Higgs–Suche findet Higgs–Teilchen – Skalar erwartet ‘schweres Photon’ unwahrscheinlich ‘Graviton’ extrem unwahrscheinlich 2. Kopplung an andere Elementarteilchen? – zentrale Higgs–Vorhersage – m = g · 246 für alle Teilchen? 3. Und weiter? – erstes skalares Elementarteilchen! – stabiles Higgs–Potential? – dunkle Materie? – Theorien bei hohen Energieskalen? ... Higgs–Boson Aufregende Zeiten... Tilman Plehn Symmetrien Higgs–Mechanismus Giganten Higgs–Boson Fragen ...für LHC–PhysikerInnen – Higgs–Entdeckung nach 50 Jahren, Fermi–Theorie gelöst – Untersuchung des ‘Higgs–Bosons’ am Anfang – LHC–Analysen gerade warmgelaufen ⇒ junge, kluge Köpfe gefragt! Lectures on LHC Physics, Springer, arXiv:0910.4182 oder www.thphys.uni- heidelberg.de/˜plehn/ Higgs–Boson Tilman Plehn Symmetrien Higgs–Mechanismus Giganten Higgs–Boson Fragen
