1. Einleitung: Was soll der Higgs-Mechanismus?

Die Higgs-Suche

Teilchenphysik Seminar SS 2001: „Astro- und Teilchenphysik“

Referent: Stefan Kasselmann Datum: 22.06.2001

Seminarvortrag zum Thema:

1. Einleitung: Was soll der Higgs-Mechanismus?

2. Theoretische Grundlagen: Symmetrie, Eichinvarianz 3. Der Higgs-Mechanismus

4. Das Higgs im Standardmodell 5. Higgs-Physik bisher / LEP

6. Zukünftige Experimente am LHC 7. Jenseits des Standardmodells

8. Abschließende Bemerkungen

Aufbau des Vortrags:

1. Einleitung: Was soll der Higgs-Mechanismus?

• Teilchenphysik: Zerkleinerung der „massiven“ Materie in immer weitere Konstituenten. “ Problem der Masse wurde auf Konstituenten „abgewälzt“

• Heute: Leptonen und Quarks werden als das Elementarste betrachtet, doch die Frage nach Masse ist geblieben

• Frage: Was ist Masse überhaupt? Versuch einer Definition: „Masse ist die Eigenschaft, die dafür sorgt, dass sich ein Teilchen langsamer als mit der maximal möglichen Geschwindigkeit c bewegt.“

• Standardmodell: Teilchen „an sich“ masselos. Was verschafft den Elementarteilchen Masse?

• Idee: Postulat eines skalaren Hintergrundfeldes (Higgs-Feld): Abschirmung der „an sich“

masselosen Teilchen, wodurch diese massiv werden

• Energetische Anregung des Feldes muss möglich sein! Man müsste also ein entsprechendes Teilchen nachweisen können, ein „Higgs-Boson“

2. Theoretische Grundlagen

• Symmetrie: „Invarianz eines physikalischen Gesetzes oder Objektes bei Anwendung einer bestimmten (mathematischen) Operation“

• Symmetrien werden mathematisch durch eine Gruppe von Transformationen beschrieben

• Man unterscheidet zwischen äußeren und inneren Symmetrien (Beispiele):

2.1 Symmetrien in der Physik:

Higgs-Mechanismus eng mit dem Begriff Symmetrie in der Physik verbunden:

äußere: Translation, Spiegelung, C/P/T-Transformation

innere: innere Freiheitsgrade von Teilchen, Eichtransformationen (Eine innere Symmetrie wird auch Eichsymmetrie genannt)

• Man kann Eichsymmetrien global, aber auch lokal fordern. Was bedeutet das?

2.2 Modellanschauung zur Eichtransformation:

~ e^iαααα , αααα = const.

• Betrachten einen ideal kugelförmigen Luftballon, welcher Längen- und Breitengrade besitzt:

~ e^{i αααα(x)}

Drehung der Mittelpunktsachse um Winkel α entspricht einer globalen Symmetrieoperation.

Alle Kreuzungspunkte werden in gleicher Weise transformiert

Jeder Punkt wird individuell transformiert (lokale Symmetrieoperation). Orts- und zeitabhängige Verschiebung der Punkte verursacht Verzerrungen der Ballonhaut Globale Eichtransformation: Lokale Eichtransformation:

Zeit

Ort Phase αααα₁ Phase αααα₂

Wie begründet sich die Forderung nach Eichinvarianz ?

ψ 2

• Quantentheorie: nur Betragsquadrate messbar. Schrödingergleichung ist „a priori“

invariant unter globalen Phasentransformationen

• Die Forderung nach lokaler

Eichinvarianz begründet sich aus der uneingeschränkten Gültigkeit des Einsteinschen Relativitätsprinzips !

c c

• Gibt es einen physikalischen Grund zudem auch lokale Eichinvarianz zu fordern ?

• Stichwort: Retardierung. „Phaseninformationen“ laufen maximal mit Lichtgeschwindigkeit

• Gleichheit der Phasen an verschiedenen Raum-Zeit-Punkten also momentan nicht absprechbar !

⇒

Wahl einer Phase sollte in jedem Labor zu jeder Zeit beliebig sein

⇒

Lokale Eichinvarianz in der Quantenmechanik:

• Forderung nach lokaler Eichinvarianz führt auf Einführung eines Vektorfeldes A:

) ( )

( )

2 (

1 ₂

t x i x eA

m i ψ ψ

∂

= ∂



 



 − ∇−

• Phase der Wellenfunktion eines geladenen Teilchens lokal nur dann unbemerkt änderbar, wenn Kraftfeld (Eichfeld)eingeführt wird, das die lokale Phasenänderung kompensiert (Aharanov-Bohm-Experiment !)

• Dieses Eichfeld ist ein Vektorfeld,die zugehörigen Teilchen sind die Eichbosonen (ED:

Photonen), welche die Masse Null haben

• Diese SG bleibt invariant, wenn man eine lokale Phasentransformation durchführt und gleichzeitig die aus der Elektrodynamik bekannte Eichtransformation durchführt:

) ( )

( ) 2 (

1 ₂

t x i x

m i ψ ψ

∂

= ∂

∇

−

⇒

ψ ψ

ψ → = e

⋅

α

∇ +

′ =

→ A A e

A 1

α φ

φ

φ

e ∂

−

′ =

→ 1

2.2 Eichsymmetrien als dynamisches Prinzip

• In ähnlicher Weise treten Kräfte in der Physik immer dann auf, wenn eine physikalische Theorie eine lokale Eichsymmetrie besitzt

• Invarianz gegenüber lokaler Transformation impliziert die Einführung neuer Felder.

Diese Eichfelder vermitteln die Wechselwirkung

• Heutige Meinung: Alle bekannten Wechselwirkungen als Eichtheorien beschreibbar

• Die Eichtheorien liefern die „Dynamik“ der Wechselwirkungen, sie sind also ein dynamisches Prinzip.

Die lokale Symmetrieoperation verspannt die Ballonhaut, als Folge treten elastische Kräfte zwischen den Punkten auf !

• Idee: Verallgemeinerung auf den Fall höherdimensionaler Symmetrien ( SU(2), SU(3), ... )

• Dazu noch mal der Vergleich mit dem Ballon:

• Problem kam auf bei schwacher WW (kurze Reichweite). Vermittlung durch massive Vektorbosonen (W^±±±± / Z⁰).

• Expliziter Massenterm in Wellengleichung würde aber Eichinvarianz verletzen:

Für massive Teilchen gibt es keine Eichinvarianz

• Erklärungsnot: Kann man die Masse irgendwie anders „erklären“ ? (Problem trat in ED nicht auf, Photonen sind masselos)

• Ausweg: Teilchen sind „an sich“ masselos. Doch durch „spontane Symmetriebrechung“

einer Eichtheorie erhalten sie ihre Masse. Was bedeutet das ?

3.1 Wofür braucht man nun den Higgs-Mechanismus?

3. Der Higgs-Mechanismus

• Man glaubt, dass alle fundamentalen Wechselwirkungen „an sich“ symmetrisch und die vermittelnden Austauschteilchen „an sich“ masselos sind.

• Elementarteilchen erhalten eine „effektive Masse“ durch ein den ganzen Raum durchdringendes Higgs-Feld

• Dieses Feld besitzt einen Grundzustand (Vakuumerwartungswert), der die

kontinuierliche Symmetrie der zum Feld gehörigen Lagrange-Funktion nicht mehr besitzt (spontane Symmetriebrechung)

• Es gibt tatsächlich physikalisch realisierte Grundzustände, die eine geringere Symmetrie besitzen, als die zugrundeliegende Wechselwirkung

• Beispiel aus dem Alltag: Ein auf die Spitze gestellter Bleistift bricht spontan die Rotationssymmetrie

• Beispiel aus der Physik: Spontane Magnetisierung eines Ferromagneten

3.2 Spontane Symmetriebrechung

Merkmale spontaner Symmetriebrechung:

• Wechselwirkung ist an sich symmetrisch (hier: rotationssymm. Kopplung benachbarter Spins)

• „Jenseits“ eines kritischen Punktes wird der symmetrische Grundzustand instabil

• Der neue stabile Grundzustand besitzt eine geringere Symmetrie und ist entartet (hier: Es gibt eine sich spontan einstellende Magnetisierung im Grundzustand)

• Für einen innerhalb eines solchen Magneten lebenden Physikers ist die Rotationssymmetrie der Wechselwirkung bei seinen „gewöhnlichen“ Temperaturen nicht erkennbar, sie bleibt ihm

„verborgen“

• Erhöht er jedoch seine Umgebungstemperatur über T_C, so erkennt er, dass die Wechselwirkung

„an sich“ symmetrisch ist und nur in seinen bekannten Temperaturbereich gebrochen wird

3.3 Spontane Symmetriebrechung beim Ferromagneten

• Ausgehend von der relativistischen Energie-Impuls-Beziehung erhält man durch die bekannten Ersetzungsvorschriften

2 2

2 p m

E = +

i t

E ∂

→ ∂

p → − i

die Wellenfunktion eines spinlosen Teilchens der Masse m (Klein-Gordon-Gleichung):

• Die zugehörige Lagrangefunktion lautet:

 

  ∂ ∂ −

= ( )( )

2

1

ν φ ν φ _m φ

L L L L

• Dies ist die Beschreibung eines freien Teilchens der Masse m, welches durch ein skalares Feld φ dargestellt wird. Wichtig: Die Masse tritt dabei vor dem Ausdruck φφφφ ² auf !

3.4 „Der Massenterm“:

2

0

2 2

2

=

 

 

∂ −

− ∂

∇ ^m φ

t

( ^∂

^∂

^{+ m}

) ^{φ = 0}

• An welcher Stelle kommt der Massenterm in einer Lagrangefunktion vor ?

3.5 Das Potential des Higgs-Feldes:

• In der Feldtheorie wird die Idee der spontanen Symmetriebrechung durch die Einführung skalarer Felder in die Lagrange-Dichte realisiert (betrachten zunächst einfachsten Fall!):

)) ( )

( ( )

(

2

1

x i x

x φ φ

φ = +

Dabei ist φ das komplexe, skalare „Higgs-Feld“:

• Das verwendete „Higgs-Potential“ V (φ) hat die Form:

2 4 2 2

)

( φ = − µ φ + λ φ

V

• Warum wählt man obiges Potential und was fordert man für die Parameter µµµµ und λλλλ ?

φ 3 φ ⁴

Für Selbstwechselwirkung benötigt man mind. . braucht man, damit V reell bleibt !

φ 2

Für Grundzustand erforderlich:

µµµµund λλλλsind die Parameter des Potentials, λλλλ² > 0 (Potential nach unten beschränkt) Für uns interessant: Was wird durch µµµµ² bestimmt ?

) ( )

)(

( _∂ ν φ _∂ ν φ _{− V} φ

L =

L

L

L

Der „Massenparameter“ µµµµ :

• Die Grundzustände sind entartet, die globale Symmetrie wird spontan gebrochen.

• Frage: Welche Konsequenzen hat die spontane Symmetriebrechung für das Teilchen, das wir durch die Lagrangedichte beschreiben wollen ?

Kein eindeutiges Minimum mehr. Minima auf Kreis:

Unendlich viele gleichenergetische Grundzustände!

2 ≤ 0 µ

λ φ µ

φ

φ ^δ

2 1 2

1 ₂

2 2

1

0 = eⁱ + =

µ

= m

2 ≥ 0

µ Das Minimum liegt bei φ = 0 (symmetrische Lösung):

beschreibt freies Teilchen der Masse

Higgs- und Goldstone-Bosonen:

• Entwicklung um den Grundzustand

(Vakuumerwartungswert) des Quantenfeldes φ: ( ) ( ( ) ( ))

2

1 a x i x

x η ξ

φ = + +

• Beliebigkeit der Phase, wählen δ= 0 :

• Ergebnis:

Erhalten ein massives Teilchen mit

...

) )(

2 ( 2 1

2 2 ) )(

2 (

1  +

 ∂ ∂

 +

 

 ∂ ∂ −

= ν η ν η µ η ν ξ ν ξ

L L L L

• Einsetzen in V(φ) an der Stelle φ₀ liefert unter Vernachlässigung höherer Terme:

Kein Term !∝ ξ ²

Zusätzlich ein Teilchen mit M_ς = 0 ^(G-Boson)

η = 2µ

M (Higgs)

a 2 1 2

1

0 = ≡

λ φ µ

) ,

, 4 (

) 1

(φ µ²η² µ^{2a2 O} η³ ξ³ ηξ²

V = − +

• Die Lagrangefunktion nimmt dann folgende Gestalt an:

3.6 Spontane Brechung einer Eichsymmetrie:

• Die Brechung globaler Symmetrien führt also auf sogenannte Goldstone-Bosonen. Wurden in der Physik jedoch nie beobachtet! (Was kann man anders machen?)

• Bisher nur globale Phaseninvarianz „gefordert“. Lokale Phaseninvarianz fordern und

„Konzepte“ verbinden:

Eichtheorie Higgs-Mechanismus

Spontane

Symmetriebrechung Lokale

Eichinvarianz

+ ...

∂

=

→

∂

D

Einführung masseloser Eichfelder

durch

verallgemeinerte Ableitung

Einführung eines Higgs-Potentials

2 4 2 2

... − µ φ + λ φ

= L L L L

Erhalten massives Feldboson + massives Higgs (G-Boson wurde weggeeicht)

3.7 Higgs-Mechanismus und Elektrodynamik:

• Die lokal eichinvariante Lagrangedichte für ein Higgs-Feld und das elektromagnetische Feld lautet:

( ) φ µ φ µ φ ^F

^F

iqA

a

i

4

1

4 2

2 2 2 2

−

− +

+

∂

L =

L L L

• Das gleiche Vorgehen (Entwicklung von V, Einsetzen in L, Vernachlässigen höherer Ordnungen...) liefert neben anderen folgenden wichtigen Term:

...

...

2

1

+

+ q a A

A

• Wichtig: Durch den Higgs-Mechanismus konnten wir ein massives Vektorfeld konstruieren! Die Eichbosonen (Photonen des elektromagnetischen Feldes) haben folgende Masse erhalten (das ½ kommt von L):

a q M _A =

• Also: Ein zunächst masselos eingeführtes Vektorfeld A ist durch spontane

Symmetriebrechung „massiv“ geworden (in Wirklichkeit jedoch nicht realisiert!)

Vakuumerwartungswert des Higgs-Feldes Lokale Eichinvarianz durch

Einführung eines Eichfeldes A

Higgs-Potential, um massive Bosonen zu „erzeugen“

Kinetische Feldenergie

4. Das Higgs im Standardmodell

Übersicht über die Teilchen des Standardmodells. Wie gliedert sich das Higgs-Teilchen in dieses Bild ein ?

4.1 Eichinvarianz und Symmetriebrechung im SM:

Spontane

Symmetriebrechung Lokale

Eichinvarianz

W⁺ W^- Z⁰ γγγγ

Massive Vektorbosonen + masseloses Photon

Higgs-Mechanismus

Einführung eines Hintergrundfeldes Eichtheorie

Einführung masseloser Eichfelder

W₁ W₂ W₃ B

4.2 Massive W

- und Z

- Bosonen im Standardmodell:

• Wollen elektroschwache Theorie, brauchen also SU(2) x U(1)-Symmetrie

• Von vier vorhandenen Vektorbosonen sollen 3 Masse erhalten, man benötigt:

 

 

=

φ

φ φ

1 φ x iφ x

φ ⁺ = +

)) ( )

(

( _{3 4}

0

2

1 φ x iφ x

φ = +

4 reelle Felder: φ₁ φ₂ φ₃ φ₄

...

) 4 (

) 1 (

) (

)

(

−

+

− + +

= ^D

φ ^D

φ µ φ φ λ φ φ ^f

^f

^F

^F

L L L L

Kinetische Feldenergie

µ

µ g B

g i i

D_{i i} ′ ⋅

+

⋅ +

∂

= 2 τ W 2

Higgs-Potential

2 2 2 2

2 2 2

cos 4 2 1 4

2 2 1

2 2 ) )(

2 ( 1

µ µ

µ θ

η µ νη

ν η ^{g a W W g a Z}

W

⋅

+

 

 +

⋅

+

 

 ∂ ∂ −

= ^{+ −}

L L L L

µ

= 2

Higgs

m 2

a g

mW =

W W Z

m m

θ

= cos

Entwicklung um Vakuumerwartungswert v, Vernachlässigen höherer Ordnungen etc. liefert

schließlich folgende wichtige Terme:

4.3 Die Masse der Fermionen im Standardmodell:

• Weiterer Term in L um Leptonenmassen zu „erklären“. Für erste Generation:

• Analoges Vorgehen wie zuvor liefert folgende Lagrangedichte:

)

( L e

e L

g

WW

= φ + φ

L L L L

L e

L e





=

ν





= ⁺₀ φ φ φ

H e

e e

g e e

e e

a e g

L R R

L e

L R R

L e

WW

( )

) 2

2 ( + + +

L =

L L L

• Der erste Term beschreibt eine Elektronenmasse der Form:

2 a m

= g

• Ein Higgs koppelt also um so stärker an ein Fermion, je größer die Masse des Fermions ist!

• Analoge Wege kann man für die beiden anderen Leptonenfamilien bzw. etwas modifiziert auch für die Quarks durchführen

• Der zweite Term beschreibt eine Kopplung zwischen Elektron und

Higgs:

a

m

H e

e

4.4 Rekapitulation zur Theorie:

• Die Forderung nach lokaler Eichinvarianz erzwingt masselose Austauschteilchen

• Durch den Higgs - Mechanismus kann man den Vektorbosonen (und anderen Elementarteilchen) Masse verleihen, ohne die Eichtheorie aufgeben zu müssen

• Dazu wird ein Higgs - Feld postuliert, was die „an sich“ masselosen Teilchen abschirmt, wodurch ihnen eine effektive Masse zukommt (Abschirmung des „nackten“ Teilchens)

• Preis für diese „Lösung“ des Massenproblems ist ein neues reales Teilchen (Higgs-Boson) und das man nun nachweisen muss !

• Frage: Welche Möglichkeiten von Produktion und Nachweis gibt es für das Higgs ?

5. Higgs-Physik bisher:

5.1 Bisherige experimentelle Erkenntnisse:

• Obwohl es Kandidatenereignisse gibt, wurde bisher noch kein Higgs-Boson zweifelsfrei nachgewiesen

• Grundsätzlich ist die Higgsmasse im Standardmodell ein frei wählbarer Parameter

GeV m_H <113

• Erkenntnisse bis August 2000 (LEP II): Kein Higgs für

• Momentan: Verschiedene Kandidatenereignisse aller vier

Detektoren am LEP deuten auf: m_H ≈115GeV

• LEP II endete am 2. November 2000 ohne direkten Nachweis, jedoch mit vielversprechenden Daten (LEP macht Platz für den Umbau zum LHC)

• Erster Higgs-Kandidat (14. Juni 2000) bei

ALEPH u. DELPHI: m_H ≈114GeV

q q b b e

e^{+ −} →

TeV m

GeV

einige < _H < 1

• erste physikalisch motivierte Schätzungen lagen bei:

5.2 Large Electron Positron Collider (LEP):

Der LEP- Speicherring am CERN in Genf (1989-2000)

1989-1995: LEP I s ≈90 GeV (Produktion von Z-Bosonen)

1995-2000: LEP II s ≈200 GeV (Produktion von W- und Z- Paaren, H⁰-Suche)

L3 ALEPH

OPAL

DELPHI

5.3 Higgs-Physik bei LEP II:

• „Kandidatenereignisse“ bei DELPHI und L3 bei 114 GeV:

νν b b H →

14.10.2000

q q b b H →

21.07.2000

• Für die Erzeugung des Higgs galt:

s ≥ m

+ m

• Maximale Schwerpunktsenergie

lag bei 209 GeV in 2000: Suche war bis m_H ≈115GeV möglich !

H Z

Z e

e

+

→

→

+

• Der wichtigste Produktionsprozess bei LEP II war die Higgs-Strahlung:

6. Zukünftige Experimente:

6.1 Der Large-Hadron-Collider (LHC):

• p-p-Speicherring , 14 TeV

• 4 Detektoren: CMS, ATLAS, ALICE, LHC-b

• Umfang: 27 km

• Tiefe: 100 m

≈ s

6.2 Die LHC-Infrastruktur:

A

Large Ion Collider Experiment

A

Toroidal LHC Apparatu s

Compact Muon Solenoid

6.3 Was passiert am LHC ?

• Die Teilchen werden auf ca.

450 GeV vorbeschleunigt in Sektor 2 und 8 eingespeist

• Protonen werden in bunches zu je 10¹¹ Teilchen in einem

„Abstand“ von 25 ns geführt

• Insgesamt 40 Millionen Kollisionen je zweier bunches pro Sekunde in jedem Kreuzungspunkt

• Der räumliche Abstand zwischen zwei bunches beträgt ca. 7,5 m

6.4 Die „Nadel im Heuhaufen“:

• 18 überlagerte p-p Kollisionen (Simulation des „inner tracker“)

• Zwischen ihnen 4 Myon-Spuren eines Higgs-Zerfalls

• Alle Spuren p_t < 2 GeV ausgeblendet

• Nun gut sichtbar die 4 Myon- Spuren des Higgs-Zerfalls

Finde 4 gerade Spuren ! Lösung !

6.5 Der CMS-Detektor:

Gewicht: ca. 14.500 t Durchmesser: ca. 14,6 m Länge: ca. 21,6 m

Job: Suche nach der Nadel im Heuhaufen

6.6 Subdetektoren beim CMS:

Die Subdetektoren sollen möglichst effizient die Reaktionsprodukte von p-p Kollisionen identifizieren:

Eisenjoch

(zur Feldrückführung) Hadronen-Kalorimeter

(Szintillator-Sandwich)

Supraleitende Spule (max. 4 Tesla)

Vorwärts-Kalorimeter (Proportionalzählkammern)

Vorwärts-Kalorimeter (Proportionalzählkammern) EM-Kalorimeter

(Szintillator)

Spurerkennungssystem (Silizium-Halbleiterzähler) Myonkammern

(Proportionalkammern / Driftröhren)

p _{7 TeV} p _{7 TeV}

6.7 Mögliche Erzeugungsprozesse am LHC:

• Standardmodell: detaillierte Aussagen über mögliche Erzeugungsprozesse und Zerfallskanäle

• Wirkungsquerschnitte, Verzweigungsverhältnisse und Erzeugungsraten aller erwarteten Teilchenreaktionen wurden simuliert

• Verschiedene Möglichkeiten einer Higgs-Boson Erzeugung an einem p-p-Ring im Standard- Modell:

Quark-Schleife / Gluon Fusion:

H g

g →

WW,ZZ-Fusion:

H q q q

q →

Weitere Erzeugungsprozesse:

Bremsstrahlung vom W/Z :

H W q

q → q q → Z H

Higgs-Strahlung vom t-Quark I:

H t t g

g → q q → t t H

Higgs-Strahlung vom t-Quark II:

6.8 Wirkungsquerschnitte der Higgs-Produktion:

• Größtes σ für Gluon-Gluon Fusion, da das Higgs am stärksten an das top-Quark koppelt

• Zweitgrößter Querschnitt: WW/ ZZ Fusion (wegen hochenergetischer „Jets“ interessant)

• Für m_H > 150 GeV starker Abfall der anderen Produktionsmöglichkeiten

6.9 Verzweigungsverhältnisse des Higgs-Zerfalls:

Das Higgs zerfällt bereits nach etwa 10^-43 bis 10^-46 s. Die Wahrscheinlichkeit für eine Zerfallsart („branching ratio“) hängt dabei von seiner Masse ab:

γγγγ γγγγ

6.10 Simulierte Higgs-Zerfälle für LHC:

• „Leichtes“ Higgs-Boson (100 bis 130 GeV):

• „Mittelschweres“ Higgs-Boson (130 bis 200 GeV):

• „Schweres“ Higgs-Boson (200 bis 1000 GeV):

− +

−

→ +

→ Z Z l l l l

H ^*

ν ν

−

→ +

→ W W l l

H ^(*)

j j l l Z

Z

H → →

j j l

Z Z

H → →

ν

γ γ

→ H

In jedem Massenbereich gibt es also „bevorzugte“ Zerfallsprozesse für das Higgs-Boson.

Man kann im Groben folgende Unterteilung treffen:

6.11 Higgs- Zerfallskanäle:

Je nach Masse des Higgs werden verschiedene Zerfallsarten bevorzugt. Man spricht dabei von sogenannten „Zerfallskanälen“:

7. Jenseits des Standardmodells/Ausblick:

• Im Standardmodell gibt es nur ein Higgs-Dublett und nur ein Higgs-Teilchen H⁰

• Es gibt aber auch weitergehende Theorien wie die Supersymmetrie, welche Bosonen und Fermionen verbindet

• Im MSSM (Minimal Sypersymmetric Standard Model) gibt es bereits zwei Higgs- Dubletts, dadurch erhält man fünf Higgs-Bosonen: H⁺, H^-, h⁰ , H⁰ , A⁰

• Dadurch ergeben sich zusätzliche physikalische Effekte und man hat sechs statt zwei freie Parameter im Higgs-Modell

• Das Standardmodell steht und fällt mit dem Nachweis des Higgs-Teilchens

• Sollte der Nachweis von Higgs-Teilchen ausbleiben, so muss man annehmen, dass man noch nicht beim Elementarsten angekommen ist. Dann stellt sich erneut die Frage:

Man denke sich einen Raum voller Physiker, die leise diskutieren. Dies soll ein Bild für das Higgs- Feld sein, der Raum

entspricht dem Universum Wie bekommen Teilchen Masse ?

Der Higgs-Mechanismus einmal anders...

Folgende Analogie stammt von David Miller, der sie anlässlich eines Wettbewerbs vorbrachte, um dem britischen Wissenschaftsminister den Grund für die Higgs-Suche zu verdeutlichen:

8. Abschließende Bemerkungen

Ein Nobelpreisträger betritt den Raum. Er entspricht in unserer Analogie dem „an sich“ masselosen Teilchen

Der Higgs-Mechanismus einmal anders...

Beim Durchschreiten des Raumes drängen sich neugierige Physiker um ihn herum und behindern damit seine Bewegung, er erlangt Masse, wie ein Teilchen beim Durchqueren des Higgs-Feldes

Der Higgs-Mechanismus einmal anders...

Der Higgs-Mechanismus einmal anders...

Ein Gerücht wird im Raum verbreitet. An einer Stelle findet es bei ein paar Physikern Gehör. Der Gerüchteverbreiter entspricht also der energetischen Selbstanregung des Feldes

Wie entsteht ein Higgs-Teilchen ?

Tuschelnd werden Köpfe zusammengesteckt, eine dichte Gruppe von Physikern entsteht. Dies entspricht dem Auftreten eines Higgs-Teilchens

Der Higgs-Mechanismus einmal anders...

Anhang:

Dank:

Hiermit möchte ich ganz herzlich bei Herrn Prof. Flügge bedanken, der mir durch umfangreiche Bereitstellung von Literatur und konstruktive Kritik sehr geholfen hat.

Insbesondere für die Mühe bei der Bereitstellung und Einrichtung des Beamers und des Laptops für meine Präsentation ein herzliches Dankeschön.

Des weiteren danke ich meinem Freund und Studienkollegen Andreas Nowack für die

„Higgs-Diskussions-Abende“, die zum Verständnis der Materie maßgeblich beitrugen.

Quellenangabe:

• Bethge, Klaus: „Elementarteilchen und ihre Wechselwirkungen“, 2. überarb. Auflage,

1991, Wissenschaftliche Buchgesellschaft Darmstadt, ISBN 3-534-08750-X

• Peter Schmüser: „Feynman Graphen und Eichtheorien für Experimentalphysiker“, 2. Auflage, 1995, Springer-Verlag, ISBN 3-540-58486-2

• CERN Collaboration: „The Compact Muon Solenoid Technical Proposal“, CERN/LHCC 94-38, LHCC/P1, 1994

• Andreas Nowack: „Die Suche nach dem Higgs-Boson“, Seminararbeit 1996

• Peter Wienemann: „Higgs-Physik bei LEP und LHC“, Seminararbeit 2001

• Jan Olzem: „Die Suche nach dem Higgs-Boson“, Seminararbeit 1998

• Gordon Fraser: „Season of Higgs and melodrama“, CERN Courier Vol. 41, Nr. 2, March 2001

• Klaus Desch/Norbert Wermes: „Das Higgs-Boson: wie nahe dran ist LEP?“, Physikalische Blätter, Heft 4, April 2000