Hledání Higgsova bosonu v experimentu ATLAS Tomáš Davídek, ÚČJF MFF UK

Atomy, jádra ... a co dál ? Atomové jádro: Je to ale všechno ? Není ! protony neutrony obal: elektrony Je to ale všechno ? Není !

Složení hmoty Dosud objeveny 3 rodiny fermionů (poločíselný spin) = částic hmoty: kvarky, ze kterých jsou složeny hadrony (proton, neutron, ...) leptony (elektron, neutrino) Stabilní pouze první rodina, z ní se skládá veškerá hmota ve vesmíru Ostatní dvě rodiny: částice podobných vlastností, ale výrazně hmotnější a nestabilní (rozpadají se)

Interakce částic Kdo/co jsou nositelé těchto interakcí ? Další částice: silná interakce: gluony slabá interakce: bosony W, Z elektromagnetismus: foton gravitace: graviton (?) Tyto částice nazýváme bosony (celočíselný spin)

Současný stav poznání: Standardní model

Existují další částice ? Jak to zjistit ? Neznámé částice si vyrobíme a uvidíme... Ale jak ? ve srážkách známých částic při vysokých energiích nová částice je nestabilní a ihned se rozpadne. Detekujeme ale její rozpadové produkty Co k tomu potřebujeme ? velké urychlovače detektory částic

Schéma urychlovačového experimentu Na místo srážky „dohlíží“ detektor. Některé částice právě prchly z oblasti srážky, další srážka bezprostředně hrozí. Detektor by měl: zachytit co nejvíce částic být přesný být rychlý (a laciný a ...) Každý elektron má energii 50−100 GeV, Létají ve shlucích s 3×1011 elektrony, tj. každý shluk má energii 3×1011×100×109 eV = = 3×1022 eV = 5 kJ. To je makroskopická energie !!!

CERN LHC (Large Hadron Collider)

1989, 2008 1976, 1981 1959

Urychlovač LHC Large Hadron Collider: staví se v evropské laboratoři pro fyziku částic (CERN) bude srážet protony s protony o celkové energii 14 TeV dva velké experimenty: ATLAS CMS

Restart na sklonku roku 2009, video

Přehled konstrukce současných detektorů pro urychlovačové experimenty Magnetické pole zahýbá dráhy částic a pomáhá měřit jejich hybnosti. elektron Hadronový kalorimetr: nabízí svůj materiál pro rozvoj hadronových spršek a měří energii, kterou v něm částice zanechají. mion Neutrina utíkají nepozorována. hadrony Vnitřní dráhový detektor: Minimum materiálu, jemná seg- mentace aby bylo možné měřit přesně body na drahách částic. Elektromagnetický kalorimetr: nabízí materiál pro rozvoj elektromagnetických spršek a měří absorbovanou energii. Mionový detektor: nepokouší se miony zachytit, ale zazname- nává jejich dráhy.

Experiment ATLAS

Rekonstrukce drah částic Funkce určení dráhy (track) - 6 přesných bodů určení hybnosti a náboje pomocí zakřivení v magnetickém poli 2 T určení polohy vertexu (primárního, sekundárního) identifikace některých částic Kinematické požadavky Pokrytá oblast pseudorapidity ||<2.5  | |>15

Slibný provoz v roce 2010 (video)

Slibný provoz v roce 2010 (video)

H→ZZ→4µ candidate

Všichni hledají Higgse http://en.wikipedia.org/wiki/Higgs_boson

Velmi řídký proces!!! 1 pb= 10-40 m2 … o deset řádů méně častý než běžné hadronové procesy. Proto potřebujeme hodně pp srážek

The distribution of the four-lepton invariant mass, m4l, for the selected candidates, compared to the background expectation in the 80 to 250 GeV mass range, for the combination of the √s = 7 TeV and √s = 8 TeV data. The signal expectation for a SM Higgs with mH = 125 GeV is also shown.

Combined search results: (a) The observed (solid) 95% CL upper limit on the signal strength as a function of mH and the expectation (dashed) under the background-only hypothesis. The dark and light shaded bands show the plus/minus one sigma and plus/minus two sigma uncertainties on the background-only expectation. (b) The observed (solid) local p0 as a function of mH and the expectation (dashed) for a SM Higgs boson signal hypothesis (m = 1) at the given mass. (c) The best-fit signal strength m as a function of mH. The band indicates the approximate 68% CL interval around the fitted value.

Jde opravdu o Higgsův boson ? Ještě musíme změřit: spin a paritu rozpady nové částice na fermiony rozpadové šířky

Program experimentu ATLAS ATLAS má mnohem širší záběr, např: přesnější měření vlastností známých částic, např. hmota top kvarku účinné průřezy mnoha procesů další možné objevy, např. supersymetrie čtvrtá rodina fermionů vnitřní struktura kvarků více dimenzí

Podívejte se sami: Stránka CERN pro veřejnost: http://public.web.cern.ch/public/ Stránka experimentu ATLAS http://atlas.web.cern.ch/Atlas/Collaboration/ Stránka Výboru pro spolupráci ČR s CERN http://www.particle.cz/vyborcern/ Stránka Ústavu částicové a jaderné fyziky MFF UK http://www-ucjf.troja.mff.cuni.cz

Backup

reconstructed by combining tracker and muon spectrometer Di-muon resonances Full data sample Simple analysis: LVL1 muon trigger with pT ~ 6 GeV threshold 2 opposite-sign muons reconstructed by combining tracker and muon spectrometer both muons with |z|<1 cm from primary vertex Looser selection: includes also muons made of Inner Detector tracks + Muon Spectrometer segments Distances between resonances fixed to PDG values; Y(2S), Y(3S) resolutions fixed to Y(1S) resolution