Seuraavaksi: Higgsin teoriaa Tarkkuusmittauksia Standardimallin Higgs Supersymmetriset Higgsit Vahvasti vuorovaikuttava Higgsin sektori 9.6.20101Katri.

Esitys aiheesta: "Seuraavaksi: Higgsin teoriaa Tarkkuusmittauksia Standardimallin Higgs Supersymmetriset Higgsit Vahvasti vuorovaikuttava Higgsin sektori 9.6.20101Katri."— Esityksen transkriptio:

1 Seuraavaksi: Higgsin teoriaa Tarkkuusmittauksia Standardimallin Higgs Supersymmetriset Higgsit Vahvasti vuorovaikuttava Higgsin sektori 9.6.20101Katri Huitu

2 9.6.20102Katri Huitu

3 Ongelma: Mittasymmetria kieltää mittavuorovaikutusta välittävän hiukkasen massatermin. Standardimallin symmetria (mittasymmetria SU(3) x SU(2) x U(1)) kieltää vuorovaikutuksen välittäjähiukkasilta massatermin Lagrangen tiheydessä. W +, W -, Z painavia, joten symmetrian täytyy olla rikkoutunut (osin, sillä fotonit ja gluonit ovat massattomia). Huom: massattomalla fotonilla on kaksi mahdollista polarisaatiota (kohtisuoraan kulkusuuntaa vastaan); massallisella välittäjähiukkasilla polarisaatioita on kolme (myös pitkittäinen)! 9.6.20103Katri Huitu

4 9.6.2010Katri Huitu4 Ratkaisu: teoria on symmetrinen kentän nollakohdassa, mutta potentiaalienergian minimi ei ole Higgsin hiukkasta vastaavan kentän nollakohdassa. Higgsin kentän odotusarvo tyhjiössä ei ole nolla! Hiukkasten vuorovaikutusta Higgsin kentän kanssa kutsutaan massaksi. Higgsin itseisvuorovaikutuksen kautta myös Higgsin bosoni saa massan.

5 Standardimallin Higgsin bosoni Symmetrian rikkoutumiseen tarvitaan dupletti: W +/-, Z massallisia (kaikilla kolmella pitkittäinen polarisaatio)  jää yksi fysikaalinen Higgsin bosoni Potentiaali: V(  ) =  2 |  | 2 + |  | 4, jossa  2 0 2 vapausastetta Higgsin massa: M H 2 = 2 v 2, v=246 GeV Parametrit  ja ovat vapaita standardimallissa  Higgsin massa on tuntematon 9.6.20105Katri Huitu

6 Häiriöteorian yläraja epästabiili stabiili Oletetaan, että SM voimassa energiaan  saakka, Punainen: yläpuolella häiriöteoria ei ole voimassa, Vihreä: alapuolella potentiaali tippuu hallitsemattomasti 9.6.20106Katri Huitu

7 Lasku teoreettisesti toimiva, jos Vuorovaikutusten välittäjähiukkasten sironta WW  WW W+W+ W-W- W+W+ W+W+ W+W+ W+W+ W+W+ W+W+ W+W+ W+W+ W+W+ W-W- W-W- W-W- W-W- W-W- W-W- W-W- W-W- W-W- h h , Z kumoavat kumoa- vat 9.6.20107Katri Huitu

8 Time: Higgs boson: A ghost in the machine New Scientist: Higgs seen at the LHC 9.6.20108Katri Huitu

9 Mitä tarvitaan Higgsin tunnistamiseksi?  Löytää Higgsin bosoni (LHC, Tevatron?)  Varmistaa, että massa sopiva (LHC, Tevatron?)  Mitata kytkennät fermioneihin (LHC)  Mitata kytkennät mittabosoneihin (LHC)  Mitata itseisvuorovaikutukset (LC)  Mitata spin ja muut ominaisuudet… (LC) 9.6.20109Katri Huitu

10 LEPEWWG 2010: Tevatron pienentää massarajaa ~145 GeV:iin. Kevyt Higgs vaikuttaa sopivimmalta! 9.6.201010Katri Huitu

11 LEPEWWG Tarkkuusmittausten säteilykorjaukset riippuvat logaritmisesti Higgsin ja W:n massoista: 9.6.201011Katri Huitu

12 f f h W+W+ W - h Z  Z h Standardimallin Higgsin bosonin vuorovaikutus muiden hiukkasten kanssa Vuorovaikuttaa vahvimmin painavimpien hiukkasten kanssa! hajoaa mahdollisimman painaviin hiukkasiin 9.6.201012Katri Huitu

13 Higgsin hajoamissuhteet 9.6.201013Katri Huitu

14 Hiukkasen leveys kertoo, kuinka tarkasti massa pystytään paikallistamaan. Hiukkasen elinaika:  9.6.201014Katri Huitu

15 9.6.201015Katri Huitu

16 Higgsin etsintä: kun massa m h < 130 GeV, kun massa m h > 160 GeV kultainen moodi pp Z Z -- ++ ++ -- 9.6.201016Katri Huitu

17 Higgs tt Rapiditeettijakauma jeteille tt ja Higgsin sisältävissä tapauksissa. Vektoribosonien fuusio (VBF) 9.6.201017Katri Huitu

18 9.6.201018Katri Huitu

19 Kytkentöjen mittaustarkkuus: 9.6.201019Katri Huitu

20 Higgsin massan mittaus LHC:llä ja lineaarikiihdyttimellä 9.6.201020Katri Huitu

21 ttH, H  WW 9.6.201021Katri Huitu

22 Ongelmia standardimallin Higgsin sektorilla:  Hierarkiaongelma: miksi m W ja M Planck niin erilaisia?  Higgsin luonnollinen massa olisi teorian suurin skaala  Negatiivinen massaparametri annetaan Higgsille ”käsin” Supersymmetria, Ylimääräiset ulottuvuudet, Vahvasti vuorovaikuttavat teoriat, … 9.6.201022Katri Huitu

23 Heinemeyer, Hollik, Stöckinger, Weber, Weiglein, 2007 9.6.201023Katri Huitu

24 Minimaalisessa supersymmetrisessä mallissa: Kaksi Higgsin duplettia  8 vapausastetta Kolme vapausastetta tarvitaan, jotta W ± ja Z 0 saavat pitkittäisen polarisaatiovapausasteen. MSSM:ssä viisi fysikaalista Higgsin bosonia Neutraalit Higgsin bosonit h, H, A ja ”Goldstone” G: Varatut Higgsin bosonit H +, H - : 9.6.201024Katri Huitu

25 Massat voidaan lausua W, Z ja A-Higgsin massojen avulla (+ tan  –parametri) : Massojen suhteet: 0 ≤ m h ≤ M Z |cos2  |; m h ≤ m A ≤m H; m H ≥ M Z; m H± ≥ M W h 0 kevyt (|  | 4 kytkentä susyssa mittakytkentä), mutta säteilykorjaukset ovat suuria, erityisesti m h –korjaukset. 9.6.201025Katri Huitu

26 9.6.201026Katri Huitu

27 Kevyimmän Higgsin massa MSSMssä: 9.6.201027Katri Huitu

28 Kokeelliset rajat: 9.6.201028Katri Huitu

29 Huom! Varattu Higgsin bosoni (toisin kuin neutraali) on aina merkki jostain standardimallin ulkopuolisesta fysiikasta! Varattu Higgs: 9.6.201029Katri Huitu

30 Higgsin kytkennät verrattuna standardimallin kytkentöihin: Fermionit: MSSM: SM: W, Z, MSSM versus SM: 9.6.201030Katri Huitu

31 MSSM Higgsien hajoamiset: 9.6.201031Katri Huitu

32 9.6.201032Katri Huitu

33 9.6.201033Katri Huitu

34 Leveys: 9.6.201034Katri Huitu

35 MSSM Higgsien tuotto LHC:llä 9.6.201035Katri Huitu

36 9.6.201036Katri Huitu

37 9.6.201037Katri Huitu

38 Suuret ylimääräiset ulottuvuudet ja Higgs Higgs sekoittuu ylimääräisistä ulottuvuuksista johtuvien gravitonin sukulaisten kanssa. Näiden sukulaisten, graviskalaarien, muodostama KK-torni on hyvin tiheä. Näyttää siltä kuin Higgs hajoaisi tähän torniin: Higgsin todennäköisyys oskilloida näihin ilmaisimessa näkymättömiin tiloihin on nollasta poikkeava (mutta pieni, koska se on kääntäen verrannollinen Planckin massaan). Tiloja on kuitenkin hyvin paljon, joten kaiken kaikkiaan todennäköisyys voi olla merkittävä. Kun Higgs on oskilloinut graviskalaariksi, on erittäin epätodennäköistä, että se oskilloisi takaisin Higgsiksi (koska todennäköisyys on jälleen kääntäen verrannollinen Planckin massaan). Jos Higgs on oskilloinut graviskalaariksi, siitä on tullut näkymätön (ikään kuin se olisi hajonnut näkymättämäksi tilaksi). Huom. Vastaava on mahdollista esim supersymmetriassa: jos neutraliinot ovat kevyitä 9.6.2010 38 Katri Huitu

39 Näkymätön hajoamissuhde: 9.6.201039Katri Huitu

40   =1 TeV Warpattujen ylimääräisten ulottuvuuksien radion Radionin ja Higgsin bosonin kytkennät SM hiukkasiin molemmat verrannollisia hiukkasen massaan. Radionin kytkennät suppressoituja ylimääräisten ulottuvuuksien skaalalla  . Kytkentä gluoneihin on poikkeus: se on suuri radionilla. radion 9.6.201040Katri Huitu

41 Higgsin ja radionin tunnistamiseksi täytyy tutkia hajoamissuhteita, eli kytkennät pitäisi pystyä mittamaan hyvin. 9.6.201041Katri Huitu

42 Hajoamissuhteet gluoneihin Hajoamista gluoneihin on mahdollista tutkia lineaarikiihdyttimellä. LHC:llä tausta on liian suuri. 9.6.201042Katri Huitu

43 Vahvasti vuorovaikuttava Higgsin sektori Voi olla, että ei löydy kevyttä Higgsiä WW-sironnassa vaikutusala kasvaa rajatta ja unitaarisuus rikkoutuu noin 1 TeV:n energiaskaalassa. SM ilman Higgsin bosonia ei ole koko teoria, vaan jotain uutta dynamiikkaa täytyy tulla mukaan. Tällöin pitäisi näkyä energian mukana lisääntyvät lopputilat ja jotain uutta noin 1 TeV:ssä. 9.6.201043Katri Huitu

44 Esimerkiksi, jos Higgs on painava (noin 1 TeV), teoria on vahvasti vuorovaikuttava: Myös tekniväriteoriat ovat vahvasti vuorovaikuttavia teorioita (teknifermionit tulevat 1 TeV-skaalassa vahvasti vuorovaikuttaviksi, kondensoituvat ja antavat W, Z –bosonien pitkittäiset vapausasteet Higgsin mekanismin avulla). Vahvasti vuorovaikuttavan mallin täytyy rikkoa standardimallin symmetria samoin kuin standardimallin kevyt Higgs. Näiden mallien tutkimiseksi usein integroidaan painavat vapausasteet pois ja tutkitaan jäljelle jäävää efektiivistä teoriaa. Jos kevyt Higgs löytyy, täytyy pystyä mittaamaan sen ominaisuudet, jotta voidaan varmistaa sen vastaavan koko sähköheikon symmetrian rikosta! 9.6.201044Katri Huitu