Marcel Vreeswijk (NIKHEF)voor bezoek de Leidsche Flesch Van Leidse Fles tot de zoektocht naar de Heilige Graal (v/d HEF)

=Van Electron naar de jacht op het Higgs Deeltje

Stan Bentvelsen

InhoudIntroductie NIKHEFIntroductie Hoge Energie FysicaStandard ModelHet Higgs DeeltjeCERNATLASSamenvatting/Conclusies

Stan Bentvelsen

Hoge Energie Fysica in NLNIKHEF en partnersIn NL: detectoren ontwerpen+bouwen en analyse meetgegevensDe Metingen gebeuren niet in NL, maar op de grote versneller instituten

Stan Bentvelsen

Versneller-instituten botsende deeltjes bundels. NIKHEF vnl in CERN tot 2000: LEP e+e- 100GeV + 100GeV (een proton weegt ~1GeV)in 2006: LHC p+p 7 TeV + 7 TeV

Stan Bentvelsen

Versneller-instituten botsende deeltjes bundels. NIKHEF vnl in CERN bij Geneve tot 2000: LEP e+e- 100GeV + 100GeV (een proton weegt ~1GeV=1000000000eV=0.001TeV)in 2006: LHC p+p 7 TeV + 7 TeV

Stan Bentvelsen

Waarom Hoge EnergieDOEL: begrijpen van fundamentele wisselwerkingen en zoeken naar bouwstenen van natuurEen paar eV: schiet een electron uit atoomEen paar MeV: schiet de n+protonen uit kernEen paar GeV: schiet de quarks uit n of proton + maak nieuwe deeltjesEen paar TeV: meet op sub-schaal + maak Higgs deeltje?!Hoe Hoger de Energie,hoe kleiner de schaal waarop we observeren.

Een Versneller+Detector is een supermicroscoop.Typisch ~TeV=10-18 m

Stan Bentvelsen

De BouwstenenElectroMagnetisme en Zwakke wisselwerking Sterke Wisselwerking:QCDHeavy-QuarksTop-Quark. Ontdekt op TEVATRON in 1995B-quark wordt bestudeerd ivm oscillaties tussen materie antimaterieDe oorsprong van massa: Het Higgs DeeltjeLeptonen en Quarks

Stan Bentvelsen

Wisselwerking = Uitwisseling krachtendeeltjese+e-

Stan Bentvelsen

Standaard ModelDe theorie van de elementaire bouwstenen en hun interacties is de basis van het Standaard Model

Echter er ontbreekt nog wat: de grote symmetry tussen de deeltjes wordt geschonden: alle deeltjes hebben massa: Higgs Mechanisme

Stan Bentvelsen

Standaard Model HiggsHiggs mechanisme=spontane symmetrie breking: geeft de deeltjes massa ml,m,mq,m,mW,mZ Nieuw Veld HGffHWe nemen een veld dat interacties heeft met alle andere deeltjesIn de grondtoestand is het veld niet nul.De interactie met dit veld(=uitwisseling virtuele Higgs deeltjes) geeft de andere deeltjes effectief massaAls de theory klopt bestaat er een Higgs Deeltje met massa. Dit deeltje maakt de theory compleet, maar is nog nooit waargenomen.

Stan Bentvelsen

Het Higgs mechanisme is een hypothese--> de natuur volgt misschien een ander principe--> experimenten moeten de weg aangevenTheoretische Massa Limieten:Een boven-limiet is verkregen door unitariteits-principe (=behoud van waarschijnlijkheid). Limiet wordt bepaald door grootte van de Higgs-zelf-koppeling

Een onder-limiet wordt gegeven door de stabiliteit van het vacuum

Wat weten we nou eigenlijk van het Higgs deeltje?Higgs deeltjeEnergie-schaalAls MH~180GeV: Standaard Theory intern consistent

Stan Bentvelsen

Botsingen MetenWe hebben het over Feynman-diagrammen gehadHoe ziet zon diagram er eigenlijk in het echt uit?Helaas, we zien alleen de eindproducten van de botsing

Stan Bentvelsen

TEVATRONsBotsingen van 1 Tev protonen op 1 TeV anti-protonen (LHC: 7 TeV protonen)Om de 132 ns een botsing (LHC: 25ns)Bij Chicago(VS) TEVATRON is de trots van FermilabMain InjectorFixed targetCDFD0

Stan Bentvelsen

Top Fysica (anno 1995)Het TEVATRON, waar de top is ontdekt..!D0 Run I event displayTevatron 1995 Mtop174.3+-5.1 GeV

Stan Bentvelsen

Top FysicaRun II-D0 vooruitzicht:dMtop~2.8 GeVTevatron precisie metingen zijn gevoelig voor hogere orde Quantum Correcties, waar Higgs deeltje rol speelt! Top massa + Wmassa levert voorspelling op voor: de massa van de Higgs...Run IGrove Schatting voor Run II limiet:MH

LEP (shut down 2000)OPAL: een van de vier LEP experimenten8x8x8m groot

Large Electron Positron collider27 km omtrek,~100 m deep

Stan Bentvelsen

LEP: meten van de W massaTalloze belangrijke metingen, oa de W massa

quarks of leptonen q , n q, eDeeltjes Detecteren:quarks-> hadroniseren-> jet->sporen+energieelectronen->spoor->energiemuonen->spoor door gehele detectorneutrinoos->ontsnappen

Stan Bentvelsen

The mass of the Higgs can be predicted by the combination of Z precision measurements (LEP) and top mass (Tevatron) which are sensitive to higher order Quantum Corrections that involve a Higgs Boson.The Higgs particle: what do we know (experimentally)Recently, in 2000, direct search at LEP have seen hints for a Higgs with mass 115 GeV!!!!H -> bbZ -> qqThe Higgs might be just around the corner!!!!The yellow band is excluded by the direct searches at LEP

The Large Hadron ColliderLHC Characteristics:

proton-proton collider Ecm=14.000 GeV=14 TeV rate = 40.000.000 Hz luminosity = 1033-34/cm2s 8 km ring (old LEP) 1232 dipoles (B=8 T) super-conducting starting date: 2006

Stan Bentvelsen

ATLASprotonproton

Stan Bentvelsen

E measurement Principle: particle looses energy in matter stop particle completely energy measurable signal (ionization, fluorescence, )

Stan Bentvelsen

P measurement Principle: particle deflected in B-field reconstruct particle track fit for impuls P

Stan Bentvelsen

Event clean-up: high p

Stan Bentvelsen

Stan Bentvelsen

ATLAS (LHC): LUMINOSITEIT: 2005-2008-> 30fb-1 /exp2008+ -> 100fb-1 /jaar/exp

Hoge gevoeligheid: 5 std. dev.=(ontdekkingslimiet) over breed massagebied

Stan Bentvelsen

LHC

Stan Bentvelsen

ALEPH 4 jet Higgs-candidate

Associated Higgs Production, Signal/Background~1

Stan Bentvelsen

Fundamentele BouwstenenMatterLife @ home

Stan Bentvelsen

Noble historyEarly Electroweak model of quarks and leptons Weinberg, Glashow & Salam (late sixties).Electroweak SU(2)xU(1) model not renormalizable! Serious calculations (loop level) produced infinitiesUseless?One believer in these theories left: VeltmanRenormalisation of massless Yang-Mills Veltman & t Hooft (~1972)

How to give the vector bosons (W+,W-,Z0) mass without destroying renormalisation?t Hooft: borrow Higgs-mechanism from the -model, and apply it to the Standard Modelpreserves renormalisation, it works!Veltman: verrek, dat is het! Elucidating the quantum structure of electroweak interactions in physics (Nobel 1999)

Stan Bentvelsen