astrozyka - hep.fuw.edu.plhep.fuw.edu.pl/u/zarnecki/app17/wyklad01.pdf · plan wykadu enie adz w...

Astro�zyka z �astek

prof. dr hab. A.F.

�

Zarneki

Zak�ad Cz �astek i Oddzia�ywa

´

n Fundamentalnyh IFD

Wyk�ad I

� Wprowadzenie

plan wyk�adu, literatura, egzamin itp.

� Krótka historia rozwoju �zyki z �astek

� Model Standardowy AD2017

� Wi �a

�

z aktualne pytania

na które Model Standardowy nie daje nam odpowiedzi

A.F.

�

Zarneki Wyk�ad I 1

Wprowadzenie

Cel wyk�adu

Przybli

�

zy

´

now �a dziedzin�e bada

´

n, która powsta�a na styku �zyki z �astek oraz astronomii,

astro�zyki i kosmologii:

� Wiele zagadnie

´

n b�ed �ayh przedmiotem zainteresowania astro�zyków i kosmologów

nie da si �e opisa

´

bez wnikania w oddzia�ywania na poziomi�e z �astek elementarnyh.

� Szereg wyników nie daje si �e wprost pogodzi

´

z Modelem Standardowym �zyki

z �astek, takim jaki znamy z do

´

swiadze

´

n w laboratoriah.

� Coraz te

�

z szerzej stosujemy metody detekyjne �zyki z �astek

w naziemnyh i satelitarnyh pomiarah astro�zyznyh.

W ramah wyk�adu b�ed�e si �e stara� przybli

�

zy

´

astro�zyk�e z �astek g�ównie od strony

do

´

swiadzalnej, konentruj �a si �e na zagadnieniah bliskih �zye z �astek elementarnyh.

Astro�zyka z �astek - ang. Astropartile Physis (APP)

A.F.

�


Wprowadzenie

Plan wyk�adu

� wprowadzenie: Model Standardowy, troh�e historii

� oddzia�ywanie z �astek z materi �a i podstawowe metody detekji

� ewoluja Wszeh

´

swiata

� do

´

swiadzalne przes�anki istnienia Ciemnej Materii,

� rozwa

�

zane hipotezy i poszukiwanie z �astek Ciemnej Materii,

� promieniowanie kosmizne i jego pomiary (z �astki na�adowane)

� kosmos w promieniowaniu gamma

� badania neutrin

� fale grawitayjne

Dobór zagadnie

´

n, jak te

�

z ih kolejno

´

s

´

mo

�

ze jeszze ule zmianie...

A.F.

�


Wprowadzenie

Wyk�ad

Poniedzia�ki 15

15

� 17

00

w sali 1.37. Nominalnie przewidziane jest 14 wyk�adów.

Egzamin

Proponowana forma: egzamin ustny.

W ramah egzaminu nale

�

zy przedstawi

´

dwa z trzeh wylosowanyh tematów.

Lista zagadnie

´

n b�edzie udost �epniona przed egzaminem.

Literatura

� D.H. Perkins, Partile Astrophysis, Oxford University Press, 2009.

� Materia�y z International Shool of Astropartile Physis:

http://isapp.shool.2014.to.infn.it/

http://isapp2015.in2p3.fr/

http://isapp2016.mib.infn.it/

+ materia�y b�ed �a zamieszzane na stronie wyk�adu

http://www.fuw.edu.pl/~zarneki/app/

A.F.

�


Poz �atki

Odkryie elektronu

Joseph Thomson 1897

pozt �atek nowej ery w �zye...

Thomson bada� tzw. promienie katodowe

pokaza�,

�

ze promienie te odhylaj �a si �e w

polu elektryznym) nios �a �adunek

Wyznazy� stosunek �adunku do masy:

e

m

� 2 � 10

11

C

kg

A.F.

�


Poz �atki

Robert Millikan 1909

Mierz �a opadanie male

´

nkih kropel oliwy w powietrzu wyznazy� �adunek elektronu,

a nast �epnie oblizy� jego mas�e:

m

e

=

1

1837

m

H

A.F.

�


Poz �atki

Efekt fotoelektryzny

Odkryty przez Hertza w 1897: padaj �ae

´

swiat�o uwalnia elektrony z powierzhni metalu.

W 1902 Philipp Lenard pokaza�,

�

ze efekt obserwujemy tylko dla wybranyh d�ugo

´

si fali

´

swiat�a:

Efektu tego nie mo

�

zna by�o wyt�umazy

´

w pariu o falow �a teori �e

´

swiat�a

A.F.

�


Poz �atki

Fotony

W roku 1905, Albert Einstein wysun �a�

hipotez�e,

�

ze

´

swiat�o jest strumieniem

niepodzielnyh kwantów energii, które

dzi

´

s nazywamy fotonami.

Energia fotonu:

E

= h� =

h

�

Aby wybi

´

elektron z metalu E

musi by

´

wi �eksza od tzw. pray wyj

´

sia ) zale

�

zno

´

s

´

od d�ugo

´

si fali

´

swiat�a

A.F.

�


Poz �atki

Do

´

swiadzenie Comptona 1923

Rozpraszanie fotonów na elektronah

Compton pokaza�,

�

ze fotony nios �a nie tylko energi �e, ale i p�ed) zahowuj �a si �e jak z �astki

A.F.

�


Poz �atki

Kolejne odkryia...

1911 Ernest Rutherford wysuwa hipotez�e j �adra atomowego

Charles Wilson konstruuje komor�e mg�ow �a

1919 Ernest Rutherford dostarza pierwszyh dowodów istnienia protonu

1929 akelerator Van der Graaffa

1930 Wolfgang Pauli wysuwa hipotez�e neutrino

1931 James Chadwik odkrywa neutron

Ernest Lawrene buduje pierwszy yklotron

1928 Paul Dira formu�uje relatywistyzne równanie falowe dla elektronu

hipoteza istnienia antyz �astki (1931)

A.F.

�


Promieniowanie kosmizne

Ju

�

z Coulomb za�wa

�

zy�,

�

ze na�adowana kula, nawet najlepiej odizolowana,

trai z zasem swój �adunek. Nie potra�� tego wyt�umazy

´

...

W roku 1896 Henry Bequerel odkrywa promieniotwórzo

´

s

´

naturaln �a.

W 1900 roku Charles Wilson odkry�,

�

ze powietrze jest w niewielkim stopniu

zjonizowane - przypisa� to naturalnej promieniotwórzo

´

si Ziemi.

W 1912 roku Vitor Hess przeprowadzi�

pomiar jonizaji powietrza w funkji

wysoko

´

si nad powierzhni �a Ziemi.

Pierwsze pomiary wykonane na Wie

�

zy

Eif�a w Pary

�

zu nie pokaza�y,

�

ze joniza-

ja nie maleje z wysoko

´

si �a...

A.F.

�



Pomiary przeprowadzone przez Vitora Hessa w 1913 roku pokaza�,

�

ze jonizaja szybko

ro

´

snie z wysoko

´

si �a - obserwowane promieniowanie pohodzi z kosmosu...

Jednak do roku 1932 spierano si �e zy s �a to z �astki na�adowane,

zy promieniowanie gamma...

Pierwotne promieniowanie kosmizne

Promieniowanie obserwowane poza

atmosfer �a ziemsk �a

Sk�ad (pomijaj �a neutrina):

� protony (j �adra H) � 86%

� z �astki � (j �adra He) � 13%

� i �e

�

zsze j �adra � 1%

� neutrony, elektrony, fotony� 1%

Taki jak "sk�ad Wszeh

´

swiata"...

A.F.

�



Wtórne promieniowanie kosmizne

Promieniowanie pierwotne oddzia�uje

w atmosferze Ziemi. Produkowane s �a lizne

z �astki wtórne, g�ównie piony i kaony, które

nastepnie rozpadaj �a si �e produkuj �a g�ównie

miony, a w dalszej kolejno

´

si elektrony.

Doieraj �a do powierzhni Ziemi

� miony �

�

�70%

� elektrony e

�

�25%

� protony, piony �

�

�3%

� �aznie oko�o 180 nam

2

� s

Nie liz �a bardzo liznyh neutrin,

o któryh jeszze b�edzie mowa...

A.F.

�



Promieniowanie kosmizne przez prawie pó� wieku by�o g�ównym ´zród�em

danyh dla �zyki z �astek.

Doprowadzi�o do wielu prze�omowyh odkry

´

:

1932 odkryie pozytonu: Carl Anderson

1935 Hipoteza Yukawy: piony

1937 odkryie mionu �

�

1947 odkryie pionu

1949 odkryie kaonu

pierwszej dziwnej z �astki

A.F.

�



Do lat 50 XX w. badanie oddzia�ywa

´

n

promieniowania kosmiznego z materi �a

by�o jednym z g�ównyh kierunków bada

´

n.

Wi �a

�

z pozostaje wa

�

znym ´zród�em danyh.

Okazuje si �e,

�

ze przestrze

´

n kosmizna

wype�niona jest z �astkami o energiah do-

hodz �ayh do 5 � 10

19

eV � 10 J (!!!).

Niestety z �astek o najwy

�

zszyh energiah

jest ih bardzo ma�o...

Wi �a

�

z nie rozumiemy sk �ad to

promieniowanie pohodzi i jak mo

�

ze

powstawa

´

...

A.F.

�


Poz �atki

Kolejne odkryia...

1952

komora p�eherzykowa

1955

synhrotron

A.F.

�


Poz �atki

1964 M.Gell-Mann i G.Zweig zapostulowali istnienie bardziej podstawowyh

z �astek materii zwanyh kwarkami.

Istnienie 3 kwarków (i 3 anty-kwarków) pozwala�o opisa

´

wszystkie znane

z �astki oddzia�uj �ae silnie.

Pozwoli�o przewidzie

´

istnienie (i przybli

�

zon �a mas�e) z �astki

�

.

1969 Rihard Fayman proponuje model partonowy do opisu wyników rozprasza-

nia elektronów na protonah.

Dzi

´

s wiemy,

�

ze partony to w szzególno

´

si kwarki...

A.F.

�


BozonyW

�

i Z

Æ

Model Weinberg'a-Salam'a

Nowy model oddzia�ywa

´

n s�abyh (1968)

Oddzia�ywanie zahodzi przez wymian�e

bardzo masywnego bozonuW

�

lub Z

Æ

.

Rozpad mionu:

ν

-W

-µ

µ

-

e

e

ν

S�abo

´

s

´

oddzia�ywania nie wynika ze

sta�ej sprz�e

�

zenia a z du

�

zej masy bozonu:

G

F

�

g

2

m

2W

Przyjmuj �a,

�

ze sprz�e

�

zenie g powinno by

´

takie jak dla oddzia�ywa

´

n EM, Weinberg i

Salam przewidzieli masyW

�

i Z

Æ

:

m

W

� 80 GeV

m

Z

� 90 GeV

Oddzia�ywania neutrin z wymian �a bozonu Z

0

(tzw. wymiana pr �adów neutralnyh) - 1973

A.F.

�


´

Swiat z �astek elementarnyh

Fermiony

´

swiat odzienny zbudowany jest z 3 egie�ek (elektron oraz kwarki u i d)

Fizyka z �astek znalaz�a ju

�

z jednak 12 fundamentalnyh egie�ek materii,

fermionów (z �astek o spinie 1/2)

leptony kwarki

pokolenie 1 e �

e

d u

elektron neutrino el. down up

pokolenie 2 � �

�

s

mion neutrino mionowe strange harm

pokolenie 3 � �

�

b t

taon neutrino taonowe beauty top

(bottom) (truth)

�adunek [e℄ �1 0 �1=3 +2=3

+ anty-fermiony (kolejnyh 12)

A.F.

�


´


Fermiony

Wszystkie leptony obserwujemy jako z �astki swobodne.

Kwarki natomiast s �a uwi �ezione w hadronah (z �astkah oddzia�uj �ayh silnie).

Trzy kwarki tworz �a bariony: Para kwark-antykwark mezony:

trzy antykwarki) antybariony

A.F.

�


´


Bozony

Cegie�ki materii oddzia�uj �a ze sob �a poprzez wymian�e no

´

sników oddzia�ywa

´

n

No

´

snik przekazuje z�e

´

s

´

energii i/lub p�edu jednej z �astki drugiej z �aste

oddzia�ywanie ´zród�o no

´

snik mo

grawitayjne masa grawiton G 10

�39

elektromagnetyzne �adunek foton 10

�2

silne kolor gluony g 1

s�abe �adunek s�aby bozony W

�

, Z

Æ

10

�7

po

´

sredniz �ae

mo - przyk�adowe porównanie wielko

´

si oddzia�ywa

´

n dla dwóh s �asiaduj �ayh protonów

A.F.

�


γ

elektromagnetyczne

g

silne

W+ Z0 W-

slabe

G

grawitacyjne

A.F.

�


´


Diagramy Feynmana

Pozwalaj �a zobrazowa

´

oddzia�ywania mi�edzy z �astkami (opisane przez kwantowe teorie

pola - QFT) bior �a pod uwag�e mo

�

zliwe sprz�e

�

zenia elementarne (tzw. wierzho�ki).

Rozpraszanie e

+

e

�

! �

+

�

�

Najprostszy diagram

wiod �ay rz �ad, leading order - LO

Diagram drzewowy

Kolejne diagramy (przyk�adowe)

next-to-leading order - NLO

Diagramy p�etlowe

A.F.

�


´


Diagramy Feynmana

Ka

�

zdemu diagramowi mo

�

zemy

przyporz �adkowa

´

wyra

�

zenie

na odpowiedni �a amplitud�e

rozpraszania.

Wierzho�ki deyduj �a o wielko

´

si

przekroju zynnego:

�

s

=

g

2

s

4�

� 0:1� 0:2

g

2

4�

� 0:03

�

em

=

e

2

4�

�

1

137

� 0:0073

A.F.

�


γτ̄

τγ τ

τ

γ b

b̄diagr.1

γτ̄

τγ τ

τ

H b

b̄diagr.2

γτ̄

τγ τ

τ

Z b

b̄diagr.3

γτ̄

τγ b

b̄τγ

τdiagr.4

γ τ̄τ

τγ

b̄b

γ bdiagr.5

γ τ̄τ

τγ

bb

γ b̄diagr.6

γ τ̄τ

τH

b̄b

γ bdiagr.7

γ τ̄τ

τH

bb

γ b̄diagr.8

γτ̄

τH b

b̄τγ

τdiagr.9

γ τ̄τ

τZ

b̄b

γ bdiagr.10

γ τ̄τ

τZ

bb

γ b̄diagr.11

γτ̄

τZ b

b̄τγ

τdiagr.12

γ ττ

γ b

b̄τ

γτ̄

diagr.13

γ ττ

H b

b̄τ

γτ̄

diagr.14

γ ττ

Z b

b̄τ

γτ̄

diagr.15

γ ττ̄

γ b

b̄τ

γτ

diagr.16

γ ττ̄

H b

b̄τ

γτ

diagr.17

γ ττ̄

Z b

b̄τ

γτ

diagr.18

γτ

τγ τ

τ̄

γ b

b̄diagr.19

γτ

τγ τ

τ̄

H b

b̄diagr.20

γτ

τγ

τ τ̄

Z b

b̄diagr.21

γτ

τγ b

b̄τγ

τ̄diagr.22

γ ττ

τ̄γ

b̄b

γ bdiagr.23

γ ττ

τ̄γ

bb

γ b̄diagr.24

γ ττ

τ̄H

b̄b

γ bdiagr.25

γ ττ

τ̄H

bb

γ b̄diagr.26

γτ

τH b

b̄τγ

τ̄diagr.27

γ ττ

τ̄Z

b̄b

γ bdiagr.28

γ ττ

τ̄Z

bb

γ b̄diagr.29

γτ

τZ b

b̄τγ

τ̄diagr.30

γb̄

bγ

b b

γ τ

τ̄diagr.31

γb̄

bγ

b b

H τ

τ̄diagr.32

γb̄

bγ

b b

Z τ

τ̄diagr.33

γb̄

b γτ

τ̄bγ

bdiagr.34

γ b̄b

bγ

τ̄τ

γ τdiagr.35

γ b̄b

bγ

ττ

γ τ̄diagr.36

γ b̄b

bH

τ̄τ

γ τdiagr.37

γ b̄b

bH

ττ

γ τ̄diagr.38

γb̄

b Hτ

τ̄bγ

bdiagr.39

γ b̄b

bZ

τ̄τ

γ τdiagr.40

γ b̄b

bZ

ττ

γ τ̄diagr.41

γb̄

b Zτ

τ̄bγ

bdiagr.42

γ bb

γ τ

τ̄b

γb̄

diagr.43

γ bb

H τ

τ̄b

γb̄

diagr.44

γ bb

Z τ

τ̄b

γb̄

diagr.45

γ bb̄

γ τ

τ̄b

γb

diagr.46

γ bb̄

H τ

τ̄b

γb

diagr.47

γ bb̄

Z τ

τ̄b

γb

diagr.48

γb

bγ

b b̄

γ τ

τ̄diagr.49

γb

bγ

b b̄

H τ

τ̄diagr.50

γb

bγ b

b̄

Z τ

τ̄diagr.51

γb

b γτ

τ̄bγ

b̄diagr.52

γ bb

b̄γ

τ̄τ

γ τdiagr.53

γ bb

b̄γ

ττ

γ τ̄diagr.54

γ bb

b̄H

τ̄τ

γ τdiagr.55

γ bb

b̄H

ττ

γ τ̄diagr.56

γb

b Hτ

τ̄bγ

b̄diagr.57

γ bb

b̄Z

τ̄τ

γ τdiagr.58

γ bb

b̄Z

ττ

γ τ̄diagr.59

γb

b Zτ

τ̄bγ

b̄diagr.60

! �

+

�

�

b

�

b

A.F.

�


Model Standardowy

Nagrody Nobla

1979 - Sheldon L.Glashow, Abdus Salam i Steven Weinberg

Za model oddzia�ywa

´

n elektro-s�abyh oraz przewidzenie istnienia bozonówW

�

i Z

Æ

1984 - Carlo Rubia i Simon Van der Meer

Za odkryie bozonówW

�

i Z

Æ

1999 - Gerardus 'T Hooft i Martinus J.G.Veltman

Za wykazanie spójno

´

si modelu

2004 - David J. Gross, H. David Politzer i Frank Wilzek

Za stworzenie podstaw opisu oddzia�ywa

´

n silnyh

2008 - Yoihiro Nambu oraz Makoto Kobayashi i Toshihide Maskawa

Za odkryie mehanizmu spontaniznego �amania stymetrii

oraz za opisanie mieszania kwarków i przewidzenie 3 generaji.

2013 - François Englert and Peter W. Higgs

Za odkryie mehanizmu opisuj �aego pohodzenie masy

SM = Model oddzia�ywa

´

n elektros�abyh + hromodynamika kwantowa (QCD)

A.F.

�


Kwark t

Krótka historia

� 1964 - Gell-Mann i Zweig, konepja 3 kwarków: u, d, s

� 1970 - Glashow, Iliopoulos i Maiani proponuj �a 4 kwarki: u, d, s,

� 1973 - Kobayashi i Maskawa dodaj �a 2 kwarki (t i b),

�

zeby wyt�umazy

´

�amanie CP

� 1974 - Ting, Rihter: odkryie kwarku

� 1977 - Lederman (Fermilab): odkryie kwarku b

W�asno

´

si kwarku b (�adunek, izospin, sprz�e

�

zenia do bozonów ehowania) odpowiadaj �a

kwarkom dolnym (d i s)) musi istnie

´

górny partner: top

Pierwsze przewidywania (regu�a 3):

m

s

= 0:5 GeV m

= 1:5 GeV m

b

= 4:5 GeV ) m

t

� 15 GeV

Pierwsze odkryie: CERN SPS, 1984,m

t

� 40 GeV (potem odwo�ane)

Poszukiwany tak

�

ze w LEP i HERA, bez powodzenia...

A.F.

�


Kwark t

Tevatron Odkryie: 1995

Rozk�ad rekonstruowanej masy kwarku t

w jednym z rozwa

�

zanyh kana�ów

Porównanie wyników dla ró

�

znyh próbek

)2 (GeV/ctM165 170 175 180 1850

9

CDF March’07 2.66± 12.40 2.20)±1.50 ±(

Tevatron combination * 0.64± 174.34 0.52)±0.37 ±( syst)± stat ±(

DØ-II lepton+jets 0.76± 174.98 0.63)±0.41 ±(

CDF-II lepton+jets 1.12± 172.85 0.98)±0.52 ±(

CDF-II MET+Jets 1.85± 173.93 1.36)±1.26 ±(

CDF-II alljets * 1.95± 175.07 1.19)±1.55 ±(

DØ-II dilepton 2.80± 174.00 1.49)±2.36 ±(

CDF-II dilepton * 3.26± 170.80 2.69)±1.83 ±(

Mass of the Top Quark

(* preliminary)July 2014

/dof = 10.8/11 (46%)2χ

(Run I and Run II)

CDF+ D0: m

t

= 174:34� 0:64 GeV

A.F.

�


Kwark t

Porównanie

Wyniki pomiarów bezpo

´

srednih

porównane z ogranizeniami

wynikajaymi z preyzyjnyh

pomiarów przy ni

�

zszyh energiah.

Top-Quark Mass [GeV]

mt [GeV]160 170 180 190

χ2/DoF: 6.1 / 10

CDF 172.5 ± 1.0

D∅ 174.9 ± 1.4

Average 173.2 ± 0.9

LEP1/SLD 172.6 + 13.5172.6 − 10.4

LEP1/SLD/mW/ΓW 179.7 + 11.7179.7 − 8.7

March 2012Pomiar bezpo

´

sredni zgodny w graniah b� �edów z

przewidywaniami teorii opartymi na preyzyjnyh

pomiarah przy ni

�

zszyh energiah.

A.F.

�


Kwark t

Eksperymenty przy LHC

Bardzo szzegó�owo badaj �a proesy z produkj �a bozonów W

�

i Z

0

, oraz kwarku t.

Wszystkie dotyhzasowe pomiary w znakomitej zgodno

´

si z SM. Run 1:

Ju

�

z w okresie 2009-2012 (Run 1) lizba przypadków wi�eksza ni

�

z w Tevatronie...

A.F.

�


Cz �astka Higgsa

Model Standardowy

Preyzyjnie opisuje z �astki elementarne

i ih oddzia�ywania: elektromagnetyzne,

s�abe i silne.

Cz �astkami modelu s �a

� z �astki materii

kwarki i leptony

� no

´

sniki oddzia�ywa

´

n

, g,W

�

i Z

Æ

� bozon Higgsa

koniezny dla

spójno

´

si modelu

Nadaje masy wszystkim z �astkom

A.F.

�


Higgs w LHC

Wyniki przedstawione przez ATLAS i CMS,

po uwzgl �ednieniu wszystkih danyh zebranyh w Run I (do roku 2012).

Sygna� widozny ponad wszelk �a w �atpliwo

´

s

´

H !

100 110 120 130 140 150 160

Eve

nts

/ 2

Ge

V

2000

4000

6000

8000

10000

γγ→H

-1Ldt = 4.8 fb∫ = 7 TeV s

-1Ldt = 20.7 fb∫ = 8 TeV s

ATLAS

Data 2011+2012=126.8 GeV (fit)

HSM Higgs boson mBkg (4th order polynomial)

[GeV]γγm100 110 120 130 140 150 160E

ve

nts

- F

itte

d b

kg

-200-100

0100200300400500

(GeV)

✤✤

m110 120 130 140 150S

/(S

+B

) W

eig

hte

d E

ve

nts

/ 1

.5 G

eV

0

500

1000

1500

Data

S+B Fit

B Fit Component

✣1✢

✣2✢

-1 = 8 TeV, L = 5.3 fbs

-1 = 7 TeV, L = 5.1 fbsCMS

(GeV)��m120 130

Eve

nts

/ 1

.5 G

eV

1000

1500

Unweighted

A.F.

�


Higgs w LHC



Sygna� widozny ponad wszelk �a w �atpliwo

´

s

´

H ! Z

Æ

Z

Æ

! l

+

l

�

l

+

l

�

[GeV]4lm100 150 200 250

Eve

nts/

5 G

eV

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-1Ldt = 4.6 fb∫ = 7 TeV s-1Ldt = 20.7 fb∫ = 8 TeV s

4l→ZZ*→HData 2011+ 2012

SM Higgs Boson

=124.3 GeV (fit)H m

Background Z, ZZ*

tBackground Z+jets, tSyst.Unc.

ATLAS

(GeV)l4m80 100 120 140 160 180

Eve

nts

/ 3 G

eV0

5

10

15

20

25

30

35 Data

Z+X

,ZZ*γZ

=126 GeVHm

CMS-1 = 8 TeV, L = 19.7 fbs ; -1 = 7 TeV, L = 5.1 fbs

A.F.

�


Higgs w LHC



Dwa wymienione kana�y daj �a tak

�

ze najdok�adniejszy pomiar masy nowej z �astki.

Wyniki analizy danyh z pierwszego okresu dzia�ania LHC:

M

H

= 125:09� 0:24 GeV

A.F.

�


Higgs w LHC

Sprz�e

�

zenia bozonu Higgsa

Mo

�

zliwa staje si �e wery�kaja podsta-

wowego przewidywania modelu:

sprz�e

�

zenie bozonu Higgsa do z �astek

jest proporjonalne do ih masy

B� �edy s �a wi �a

�

z bardzo du

�

ze!

Wi�eksza preyzja b�edzie osi �agni �eta po

zebraniu du

�

zej próbki danyh przy en-

ergii

p

s=1314 TeV

(Run 2 2015-2018).

A.F.

�


Higgs w LHC

Run 2 rozpoz�ety w 2015

Wyniki CMS z pierwszego roku zbierania danyh przy

p

s=13 TeV

Rozpad bozonu Higgsa na 2 fotony Rozpad bozonu Higgsa na 4 leptony

Dobra zgodno

´

s

´

z przewidywaniami SM. Wyniki konsystentne z wynikami Run 1.

A.F.

�


Egzotyka w LHC

Run 2

W roku 2015 (pierwsze dane przy

p

s = 13 TeV) zaobserwowano niewielki �a nadwy

�

zk�e

przypadków w rozk�adzie masy niezmiennizej dwóh fotonów: pp!

+X:

Móg�by to by

´

sygna� produkji nowej z �astki !

A.F.

�


Egzotyka w LHC

Run 2

Obserwaja rezonansu 750 GeV w LHC zelektryzowa�a �zyków na a�ym

´

swieie

Teoretyy rzuili si �e do pray, produkuj �a setki nowyh modeli...

Niestety sygna� znik� po zebraniu wi �ekszej ilo

´

si danyh w 2016...

A.F.

�


Higgs w LHC

Model Standardowy

W ramah modelu standar-

dowego masa bozonu Higgsa

jest zwi �azana z masami bo-

zonu W i kwarku t poprzez

poprawki p�etlowe.

Wyniki pomiaru masy bozonu

Higgsa w LHC zgodne z

wynikami bezpo

´

srednih po-

miarów mas W i t oraz

wynikami LEP.

Wszystko si �e zgadza...

A.F.

�


Testy SM



�

, Z

0

i H, oraz kwarku t.


´

si z SM. Run 1:

pp

total

80 µb−1

Wtotal

35 pb−1

Ztotal

35 pb−1

t̄ttotal

tt−chantotal

WW+WZ

total

WWtotal

Htotal

total

VBF

VH

tt̄H

Wttotal

2.0 fb−1

WZtotal

13.0 fb−1

ZZtotal

t̄tWtotal

t̄tZtotal

σ[p

b]

10−1

1

101

102

103

104

105

106

1011

LHC pp√

s = 7 TeV

Theory

Observed 4.5 − 4.9 fb−1

LHC pp√

s = 8 TeV

Theory

Observed 20.3 fb−1

Standard Model Total Production Cross Section Measurements Status: March 2015

ATLAS Preliminary

Run 1√

s = 7, 8 TeV

A.F.

�


Testy SM



�

, Z

0

i H, oraz kwarku t.


´

si z SM. Run 1 + Run 2

[pb]

σP

rodu

ctio

n C

ross

Sec

tion,

3−10

2−10

1−10

1

10

210

310

410

510

CMS PreliminaryJune 2016

All results at: http://cern.ch/go/pNj7

W

n jet(s)≥

Z

n jet(s)≥

γW γZ WW WZ ZZµll, l=e,→, Zνl→EW: W

qqWEW

qqZEW

WW→γγ

jjγWEW

ssWW EW

jjγZEW γWV γγZ γγW tt

=n jet(s)

t-cht tW s-cht γtt ttW ttZσ∆ in exp. Hσ∆Th.

ggHqqHVBF VH ttH

CMS 95%CL limit

)-1 5.0 fb≤7 TeV CMS measurement (L )-1 19.6 fb≤8 TeV CMS measurement (L )-1 2.7 fb≤13 TeV CMS measurement (L

Theory prediction

A.F.

�


Testy SM

Stabilno

´

s

´

pró

�

zni

Cho

´

bozon Higgsa jest jednak troh�e za lekki (albo kwark t za i �e

�

zki).

Nasz Wszeh

´

swiat (w Modelu Standardowym) wydaje si �e nie by

´

stabilnym...

A.F.

�


Model Standardowy

Pytania i problemy

Wszystkie

obenie

dost �epne dane

zgodne s �a z

Modelem

Standardowym

ale...

� Dlazego materia � fermiony, oddzia�ywania � bozony ?

� Dlazego 3 pokolenia kwarków i leptonów ?

� Dlazego zahowane s �a lizby leptonowe i barionowa?

� Jaki jest powód spontaniznego �amania symetrii ?

� Rozbie

�

zne poprawki - problem hierarhii ?

� Gdzie si �e podzia�a antymateria ?

� Jakie s �a ´zród�a �amania CP ?

� Jaka jest natura neutrin ?

� Sk �ad si �e bierze prom. kosmizne b. wysokih energii ?

� Co to jest iemna materia ?

� Co to jest iemna energia !?

� Jak w� �azy

´

opis grawitaji?

A.F.

�


Astro�zyka z �astek

Astro�zyka z �astek bada z �astki (i promieniowanie) przyhodz �ae z kosmosu.

Pomiary te pozwalaj �a one uzyska

´

dodatkowe informaje o z �astkah

i ih oddzia�ywaniah przy najwy

�

zszyh energiah.

Z drugiej strony wykorzystanie tehnik �zyki z �astek w pomiarah z �astek na�adowanyh,

fotonów wysokiej energii lub neutrin otwiera nowe mo

�

zliwo

´

si badawze w astro�zye.

Mo

�

zemy porównywa

´

wyniki badania zjawisk zahodz �ayh w warunkah ekstremalnyh

w laboratoriah (LHC) i w kosmosie (Wielki Wybuh, zarne dziury, GRB).

Wiele z wymienionyh pyta

´

n ma swoje ´zród�o w obserwajah astro�zyznyh.

Ale te

�

z na wiele z nih tam te

�

z mo

�

ze szuka

´

odpowiedzi!

A.F.

�


astrozyka - hep.fuw.edu.plhep.fuw.edu.pl/u/zarnecki/app17/wyklad01.pdf · plan wykadu enie adz w...

Documents