Ursprung der Teilchenmassen

Transkript

1 Kapitel 6 Ursprung der Teilchenmassen Eine der wichtigsten Knsequenzen des Standartmdelles ist, wie wir in Kap. 3 besprchen hatten, die Eistenz eines Dubletts Φ skalarer Higgs-Felder im Lagrangien (Gl. 3.44) aufgrund der massiven Eichfelder W ± und Z 0 swie des masselsen γ-feldes. Diese sind kmple, werden mit Φ + bzw. mit Φ 0 bezeichnet und haben insgesammt 4 reelle Kmpnenten (Gl. 3.1). Alle diese Higgs-Bsnen sind massels und erzeugen in der spntanen Symmetriebrechung durch Selbstwechselwirkung Massen. Drei der 4 Kmpnenten (Φ +, Φ = Φ + und 1 (Φ 0 Φ 0 ) werden aufgrund des Higgs-Mechanismus und des Gldstnetherems vn den 3 W i -Bsnen absrbiert, indem sie ihnen Masse geben. Sie werden als der lngitudinale Plarisatinszustand der massiven W -Bsnen interpretiert. Mittels der W 3 /B Y -Mischung erhält man das massive Z 0 -Bsn und das masselse Phtn γ. Aus diesem Grunde bleibt genau ein physikalischer Zustand übrig, der Higgs-Skalar H = 1 (Φ 0 + Φ 0 ). Die Eigenschaften des Higgs-Bsns, aufgrund derer es gemessen werden kann, sind gegeben durch dessen Knstruktin: die Kpplung an die Ferminen ist prprtinal zu deren Massen, die Kpplung an die Eichbsnen zum Massenquadrat. Für ein beliebiges Leptn gilt dann beispielsweise: L G l ( [ νl, l ] L [ Φ + Φ 0 ] l R + l R [ Φ, Φ 0] [ ν l l ] L ) (6.1) Da die Ausdrücke bezüglich I und Y Singlets sind, ist das ganze SU() L U(1) Y symmetrisch. Für das Feld Φ gilt Φ = 1 [ 0 v + h() ] (6.) wbei h() das entsprechende Higgs-Feld ist. Das Higgs-Bsn H wurde allerdings nch nicht eperimentell bestätigt. Obwhl das Standartmdell bis jetzt allen Tests sehr erflgreich standgehalten hat, kann es erst als endgültig richtig gelten, wenn das Higgs-Bsn nachgewiesen und smit der Mechanismus der Symmetriebrechung eperimentell bestätigt werden kann.

2 6.1 Das Higgs-Bsn im Standart-Mdell Das Higgs-Bsn im Standart-Mdell Erinnern wir uns an die Yukavakpplung, mittels derer die Massen der Leptnen durch die Ankpplung an das Higgs-Feld generiert werden knnten (Gl. 3.48) m l L m l ll h() (6.3) v Die Masse des Leptns flgt nun direkt aus der Kpplungsstärke G l vn Gl. 6.1 aus Gl. 6.3: m l G lv (6.4) Die Generierung der Quarkmassen durch Ankpplung an das Higgs-Feld erflgt analg, allerdings muss man dann zwischen den Quarkflavurs mit unterschiedlicher Ladung unterscheiden (Gln und 3.51): L m i d d i d i (1 + 1 v h() mj uū j u j (1 + 1 h() (6.5) v wbei u für alle Quarks der Ladung des up-quarks und d für jede der Ladung des dwn-quakrs stehen. Allemein gilt nun für die Kpplungsknstante an das Higgs- Feld H g f fh Ψ f Ψ f H (6.6) mit g f fh = ( Gf ) 1 m f (6.7) die bemerkenswerte Eigenschaft, dass ihre Stärke prprtinal zur Masse des angekppelten Fermins ist. Wenn man daraus analg zur elektrschwachen Wechselwirkung eine Kpplungsknstante des Higgs an Ferminen α f fh definiert, s erhält man mit Gl. 6.7: α f fh = g f fh 4 π = G f m f (6.8) π Andererseits wird die Masse des Higgs-Bsns nicht durch das Standartmdell vrhergesagt, was die Suche erheblich erschwert. Anhand einiger theretischer Überlegungen kann der Bereich der Higgs-Masse eingegrenzt werden und mit den heute verfügbaren Resultaten verglichen werden. Allerdings gibt es bis heute (005) nch keine definitive Aussage bzw. Messung der Higgs-Masse. Eperimentelle Signaturen Vr den Messungen bei LEP und TEVATRON in den Jahren ab 000 galten die flgenden denkbaren eperimentellen Signaturen einer möglichen Higgs-Entdeckung, die aber heute mittlerweilen alle durch die LEP Messung widerlegt sind. 0 m H m µ : H 0 langlebig mit einer Flugstrecke vn 1 m: man erwartet klare Leptnspuren und fehlende Energie swie einen deutlichen sekundären Verte.

3 90 Ursprung der Teilchenmassen M µ m H 15 GeV: Zerfall ungefähr am Hauptverte: m H GeV: Zerfall vn Z ν ν führt zu fehlender Energie, die Zerfälle H 0 µ + µ /q q/gg haben typische Prngs im Endzustand. m H GeV: Hier erwartet man aufgrund vn H 0 q q Hadrnen mit q = s, c, b einen Mnjet im Endzustand. m H > 15 GeV: nach ben begrenzt durch s und Statistik. Diese Messung wird vn LEP dminiert. Dabei erwartet man eine klare Signatur vm Z l + l Zerfall bei M = M Z in Kinzidenz mit zwei b s vm Higgs Zerfall, die über Sekundärvertices und aufgrund ihrer semileptnischen Signatur gut detektiert werden können. Dazu braucht man allerdings gute Silizium Halbleiterdetektren mit grßer Akzeptanz. Der Zerfall Z q q ist allerdings wegen des hhen QCD Untergrundes schwieriger nachzuweisen Higgs-Zerfall Γ Z, σ had, R l, R q asymmetries ν scattering M W m t 00 all data 90% CL M H [GeV] ecluded m t [GeV] Abbildung 6.1: Möglicher Bereich der Higgs-Masse M H mit einer Standardtabweichung (39.35 %) als Funktin der Tpquarkmasse m t, α s (M Z ) = 0.1, unteres Limit der LEP Messung bei 95 % Vertrauensniveau. Um mögliche Higgs-Kandidaten in einem Eperiment zu selektieren, muss man sich zunächst aufgrund des Standartmdelles überlegen, in welche mögliche Endzustände das Higgs zerfallen kann. Andererseits ist dies auch wichtig, um an in

4 6.1 Das Higgs-Bsn im Standart-Mdell 91 Simulatinsrechnungen berechneten möglichen Higgs-Zerfällen die Selektinskriterien zu überprüfen. Dabei muss zwischen einigen möglichen Zerfallsszenarien unterschieden werden. Welcher der Kanäle letztlich überhaupt auftritt der dminant ist, hängt sehr stark vn der Masse des H ab. Falls beispielsweise M H < M W wäre, kann das Higgs nicht in Eichbsnen zerfallen und der Zerfall in zwei b-quarks wäre dminant. H 0 nach Ferminen: H f f H 0 nach Eichbsnen: H W + W /Z 0 Z 0 H 0 nach Bsnen: H γγ/gg Für diese Zerfalls-Szenarien ergeben sich verschiedene Kpplungsknstanten e m f g f fh = M W sin θ W Mit den Beziehungen (Gl..47) g W W H = e M W (6.9) sin θ W e M Z g ZZH = sin θ W cs θ W g 8M W und e = M ( G ) 1 sin θ W flgt damit für die Kpplungsknstante an die Eichbsnen = G F (6.10) (6.11) g W W H = ( G ) 1 M W (6.1) Die Kpplungsknstante g des Higgs-Bsns an die Eichbsnen ist als prprtinal zum Quadrat der Masse, whingegen die Kpplungknstante der Ferminkpplung nur linear vn der Masse abhängt. Dies spielt wiederum eine grße Rlle bei der Mdelierung ptentieller Endzustände: Falls die Higgs-Masse grß genug ist, um in zwei Eichbsnen zu zerfallen, wäre dieser Zerfallskanal aufgrund vn Gl. 6.1 natürlich dminant. Mittels der relativ einfachen Kpplungstruktur kann die Zerfallsbreite in Ferminen bzw. in Eichbsnen mit den üblichen Methden des Standartmdelles berechnet werden: Γ(H f f) = N c Gm f m ( H 4π 1 4 m f m H ( Γ(H W + W ) = Gm3 H 8π 1 4 M ) 3 ( W m H Γ(H Z 0 Z 0 ) = Gm3 H 16π ( 1 4 M Z m Z ) M W m H ) 3 ( 1 4 M Z m Z + 1 M 4 W ) m 4 H ) + 1 M 4 Z m 4 H (6.13)

5 9 Ursprung der Teilchenmassen Andere Kpplungmöglichkeiten, die sich nch häufig in Lehrbüchern finden, wie H γγ der H gg werden hier nicht weiter diskutiert, da sie nur bei einer relativ kleinen Higgs-Masse einen dminanten Anteil haben (M(H) < 40 GeV). Mit den neuesten Messungen vn LEP und TEVATRON kann eine untere Grenze an die Higgs-Masse vn M H 115 GeV angenmmen werden (Abb. 6.1), welche die ben genannten Zerfälle ausschließt. Das Higgs kppelt an alle massiven Ferminen, an die Eichbsnen und aufgrund der Ankpplung an die Masse auch an sich selbst. Dies bedingt, dass das Higgs in das jeweils schwerst mögliche Teilchenpaar zerfällt. Theretische Grenzen an die Higgs-Masse Abbildung 6.: Erlaubter Bereich der Higgs-Masse M H als Funktin des QCD - Parameters Λ bei einer Tpquarkmasse m t = 175 GeV und α s (M Z ) = 0.1. Es gibt auch einige theretische Überlegungen, um die Higgs-Masse abzuschätzen. Diese bilden eine wichtige Grundlage bei der Planung und Realisierung vn Eperimenten zur Suche des Higgs swie bei der Wahl der Selektinskriterien bei den Analysen. Die wichtigsten sind: M H < 700 GeV: Ansnsten wäre die Wechselwirkung s stark, dass das Standartmdell nicht mehr gültig. M H > 7 GeV: Ansnsten wären die Quantenkrrekturen wichtiger als das Ptential selbst. M H > 100 GeV: Aus der Messung der Z 0 -Resnanzkurve bei LEP, indirekte Massenbestimmung durch Vergleich mit strahlungskrrigierten Rechungen (Abb. 6.1). 130 GeV < M H < 180 GeV: Erlaubter Bereich bei der theretischen Berechnung der Higgs-Masse als Funktin des QCD-Parameters Λ QCD unter der Annahme, dass die Therie renrmierbar bleibt (Abb. 6.).

6 6. Suche nach dem Higgs in e + e Kllisnen (LEP) Suche nach dem Higgs in e + e Kllisnen (LEP) Higgs Erzeugung Bei LEP zeigten sich kurz vr dem Abschalten des Beschleunigers Ereignisse, die als Hinweise auf ein Higgs gedeutet werden knnten. Mögliche Przesse der Higgs- Erzeugung bei LEP sind die flgenden: e + e Z 0 Z H 0 mit Z f f Dies kann bei LEP 1 untersucht werden, fällt allerdings aufgrund der zu geringen Higgs-Masse weg. e + e Z ZH 0 Untersuchung bei LEP (dminanter möglicher Przess bei LEP) e + e Z H 0 γ Hier ergeben sich viele neue Kpplungen (Zt t, H 0 t t, H 0 W + W ), Untersuchung bei LEP1/. Aufgrund verschiedener theretischer Überlegungen zur Größe der Higgs-Masse und der ben erklärten Zerfallsmdi des Higgs, bleibt für den eperimentell bei LEP zugänglichen und messbaren Przess nur der der Higgs-Stahlung (Abb. 6.3) übrig: e + e Z 0 Z 0 H (6.14) Die Suche bei LEP kann aufgrund der maimal erreichbaren Schwerpunktsenergie vn s ma = 09 GeV nur Massenbereiche bis höchstens M H = s M(Z 0 = 114 GeV abdecken. Das Higgs zerfällt in diesem Massenbereich dminant in b- Quarks (H b b) und das Z 0 in den bekannten Zerfallsmdi, die auch den in ein Quarkpaar beinhalten (Z 0 q q). Entsprechend erwartet man als typische Tplgie eines Higgs-Ereigniskandidaten im Endzustand 4 hadrnische s, vn denen zwei b-quarks enthalten müssen. Abbildung 6.3: Feynmann-Diagramme zur Higgs-Prduktin bei LEP über Higgs- Strahlung (Gl. 6.14) (a) der den Eichbn-Fusinsprzess (b).

7 94 Ursprung der Teilchenmassen H Z 1) H b b, Z l l islierte Leptnen und zwei akplanares l l Detektreffizienz: 70% Branchingrati 6% ) H Z H b b, Z ν ν 3) ν ν Missing energy und zwei akplanare s Detektreffizienz: 50% Branchingrati 0% H Z H b b, Z q q 4 s, b-tagging vn Higgs s (BR 65%) 4) Detektreffizienz: 5% Branchingrati 65% τ τ H Z H b b, Z τ τ H τ τ, Z q q Taus + s Detektreffizienz: 5% Branchingrati 9% Abbildung 6.4: Tplgie möglicher Higgs-Endzustände der Higgs-Strahlung Zerfallsmechnismen bei LEP Wenn das Higgs wie ben erklärt in Higgs-Strahlung entsteht, s sind die flgenden Tplgien im Endzustand möglich (Abb. 6.4): H + z 0 b b + l + l : islierte Leptnen und b-s, BR 6 % H + z 0 b b + νnu: B-s und vermisste Energie ET miss der Neutrins, BR 0 % H + z 0 b b + q q: 4- Ereignise, davn mindestens mit b-quarks, BR 65 % wichtigster Zerfallskanal mit dem größten Beitrag

8 6. Suche nach dem Higgs in e + e Kllisnen (LEP) 95 H + z 0 b b + τ + τ : Taunen und b-, BR 9 %, schwierig nachzuweisen H + z 0 τ + τ + q q: Taunen und b-, BR 9 %, schwierige Trennung vn bigem Kanal Aufgrund dieser Ereignistplgien werden Simulatinen vn Higgs-Ereignissen durchgeführt (Mnte Carl), auch welche wie bei realen Daten die Selektinsschnitte angewandt werden. Gleichzeitig bestimmt man mögliche Ereignisse, die in ihrer Tplgie einem Higgs-Ereignis gleichen, aber keine sind (Untergrund), wie etwa: e + e W + W b qq b e + e Z 0 Z 0 b bq q (6.15) e + e Z 0 /gamma f f (6.16) In der Selektin über b-s wurden 95 Ereigniskandidaten im 4-kanal gefunden (Abb. 6.5), wvn 5 Ereignisse als Higgs-Kandidaten identifiziert wurden. Dafür wurden verschiedene Selektinskriterien angewandt (Abb. 6.6). In der direkten Messung erhielt man Signal bei m H = 114 GeV, wbei dieses Signal allerdings nch zu klein ist, um vn einer klaren Entdeckung zu sprechen. Um diese Ereignisse richtig zu ALEPH Run=56698 Evt=7455 θ=180 ALEPH Run=54698 Evt=4881 θ=180 θ=0 (φ 43 )*SIN(θ) θ=0 (φ 47)*SIN(θ) 0 1cm K 0 1cm µ YX 0 1cm D0< NT=4 man.cut P>.0 Z0<5 YX 0.3cm 0 P>.0 Z0<5 D0< NT=4 man.cut 0.3cm Abbildung 6.5: Higgs-Bsn Kandidaten mit 4 hadrnischen s vn ALEPH mit gut reknstruierten b-s für das Higgs-Bsn bei s = 09 GeV (vergrößerte Darstellung des Vertebereiches), reknstruierte Masse bei m H = GeV bzw m H = GeV. interpretieren, muss die Messung in Abb. 6.6 mit Mdellrechungen (Mnte Carl) für Signalereignisse swie für Untergrundereignisse verglichen werden. In einem Datensatz, dessen Größe der des vn den vier LEP-Eperimenten augezeichneten vergleichbar ist, wurden im Signalbereich 5.3 und im Untergrundbereich 87.6 Ereignisse reknstruiert. Mit den ben genannten Zahlen der Messungen und dem Vergleich zu den Mdellrechnungen ergibt sich daraus eine Signifikanz vn 1.8 σ. Diese Signifikanz ist zu klein, um vn einer Entdeckung zu sprechen, aber andererseits gut genug, um einen unteren Grenzwert an die Higgs-Masse zu bestimmen (Abb. 6.7). Das vertikale Band stellt dabei den Ausschlussbereich der direkten Higgs-Suche mit eine Wahrscheinlichkeit vn 95 % dar (M H > 115 GeV). Dieses ausgesprchen wichtige Resultat vn LEP hat nun einen erheblichen Einfluss auf alle weiteren Suchen

9 96 Ursprung der Teilchenmassen Events /(4 GeV/c ) Events /(4 GeV/c ) m H (GeV/c ) m H (GeV/c ) Abbildung 6.6: Verteilung der invarianten Masse der Higgs-Kandidaten, die Punkte sind die Daten, das helle Histgram der erwartete Untergrund (SM) und das dunkle Histgramm das erwartete SM-Higgs-Signal bei einer hyptetischem Masse vn m H = 114 GeV; verschiedene, unabhängige Selektinskriterien wurden angewandt. nach dem Higgs, wie sie etwa zur Zeit bei TEVATRON der ab ca. 008 bei LHC gemacht werden. 6 4 thery uncertainty α (5) had = ± ± χ Ecluded Preliminary m H [GeV] Abbildung 6.7: Anpassungsrechnung an die Higgs-Masse: χ = χ χ min gegen m H, M H = GeV, das Band repräsentiert eine Abschätzung der theretischen Unsicherheit aufgrund fehlender Krrekturen höherer Ordnung. 6.3 Suche nach dem Higgs in p p Kllisnen (TE- VATRON) Zur Suche nach dem Higgs eignet sich ein p p-beschleuniger wesentlich besser als Kllisinen an einem e + e -Ring, da alle möglichen Schwerpunktsenergien bis s

10 6.3 Suche nach dem Higgs in p p Kllisnen (TEVATRON) 97 gleichzeitig gemessen werden können. Dies liegt im fraktinellen Quarkimpuls begründet, wie wir dies bereits bei der Suche nach den W ± -Bsnen bei Sp ps kennen gelernt hatten. Aus der Messung bei LEP können die flgenden Abschätzungen übernmmen werden: M H = GeV bei 68 % C.L. M H < 196 GeV bei 95 % C.L. Es scheint, als dass die Daten vn LEP ein leichtes Higgs vraussagen würden. Allerdings ist die Higgs-Masse weiterhin die einzige Unbekannte im Standartmdell. Allerdings kann man mit Rechnungen im Standartmdell Vrhersagen für die Higgs-Masse als Funktin der W -Masse und der Masse des Tp-Quarks machen. Diese werden dann mit den aktuellen Messungen verglichen und liefern eine wichtige Abschätzung für zukünftige Suchen (Abb. 6.8). M W (GeV/c ) pp + LEP CDF RunIIa Higgs Mass (GeV/c ) M W -M tp cnturs : 68% CL M tp (GeV/c ) Abbildung 6.8: W Masse M W als Funktin der Tpquarkmasse m t bei einem Vertrauensniveau vn 68 %. Gezeigt ist die Vrhersage des Standartmdelles als Funktin der Higgs-Masse M H, die Breite der Kurven entsprechen der theretischen Unsicherheit vn α s (M Z ) = 0.1, Einschränkung der Higgs-Masse durch Kmbinatin aller verfügbaren Daten. Bei der Suche nach dem Higgs in Prtn-Antiprtnstößen muss zwischen zwei ptentiellen Zerfallskanälen unterschieden werden, die vn der Higgs-Masse abhängig sind M H < 135 GeV: H 0 b b M H > 135 GeV: H 0 W + W Dies ist in Abb. 6.9 dargestellt. Die Grenze für H W + W ist dabei bei M H < 135 GeV < M W gewählt, was bedeutet, dass der Beitrag des Zerfalles W + W auch unterhalb des Massenschwelle as Interferenzterm zum Wirkungsquerschnitt messbar

11 98 Ursprung der Teilchenmassen wäre. Dies ist in der Abbildung deutlich zu sehen. Wichtig ist auch, dass für grße Higgs-Massen die Beiträge des Zerfalles in b-quarks gänzlich verschwinden würde. 1 Standard Mdel BR(H SM ) bb _ WW 10-1 τ + τ gg cc _ ZZ M H [GeV] Abbildung 6.9: Relative Beiträge verschiedener Zerfallskanäle des Higgs-Bsn in p p-kllisinen beim TEVATRON, M H ist die einzige Variable für die SM- Vrhersagen. Die Zerfallsmdi beeinflussen natürlich auch die Prduktinsmechanismen. Die wichtigsten sind die flgenden Glun-Fusin: g + g Ferminschleife H σ 1 pb dminant bei allen Higgs-Massen, ist allerdings für M H < 135 GeV nicht vm Untergrund trennbar ( ff b b). Higgs-Strahlung: q q (W/Z) (W/Z) + H σ 0. pb sehr kleiner Wirkungsquerschnitt, aber gut vm Untergurnd trennbar. H 0 t t: σ O(1 fb) sehr deutliche Signifikanz erwartet (4- Ereignisse) Am TEVATRON können beide Massenbereiche M H < 135 GeV und M H > 135 GeV gleichzeitig untersucht werden. Die einzelnen Beiträge zur Higgs-Prduktin in Prtn-Antiprtnstößen ist in Abb gezeigt Resultate vn TEVATRON In der Suche bei TEVATRON wurden die flgenden Endzustände untersucht: M H < 135 GeV: H b b, mögliche Endzustände l ν l b / νl ν l b b / l + l b b M H > 135 GeV: H W + W, mögliche Endzustände l + l b b / l ± l ± ν l ν l jj

12 6.3 Suche nach dem Higgs in p p Kllisnen (TEVATRON) σ(pp _ h SM +X) [pb] s = TeV 10 M t = 175 GeV gg h SM CTEQ4M qq h SM qq qq _ h SM W 10 - gg,qq _ h SM tt _ bb _ h SM qq _ h SM Z 10-3 gg,qq _ h SM bb _ M h [GeV] SM Abbildung 6.10: Beiträge verschiedener Prduktinsmechanismen des Higgs-Bsn in p p-kllisinen beim TEVATRON, M H ist die einzige Variable für die SM- Vrhersagen. Bei TEVATRON wurde allerdings bis heute nch kein eindeutiges Resultat gewnnen, man kann lediglich einen Bereich für die Higgs-Masse vn M H [110, 190] GeV angeben, was in Übereinstimmung mit den Messungen vn LEP ist. Endgültige Klärung wird erst mit den Resultaten vn LHC bei einer Schwerpunktsenergie vn s = 14 TeV ab 008 möglich sein. Die Analysen beider Enerergiebereiche sllen nun getrennt betrachet werden. 1. M H < 135 GeV Der dminante Przess ist hier die Higgs-Strahlung, alle Kandidaten werden durch b-tagging selektiert (H b b): ZH ν l ν l b b, BG QCD, Z bb, ZZ, t t: sehr sensitiv aber schwierige ET miss -Analyse aufgrund der Neutrins. ZH l lb b, BG Z bb, ZZ, t t: deutliche Signifikanz, guter Nachweis vn b-quarks wichtig. W H l ν l b b, BG W bb, W Z, t t, single t V H q qb b, BG QCD (grß): größte Zerfallsbreite, aber sehr grßer Untergrund durch QCD-Przesse, sehr schwierig zu trennen. In Abb sind alle nach bigen Kriterien selektierten Ereignisse dargestellt mit einer Massenhypthese vn M H = 10 GeV. Dabei sind die in Mdellrechnungen erwarteten Untergrundbeiträge swie der Beitrag zum Signal als Histgramme dargestellt. Die Überhöhung bei 10 GeV kann als Higgs-Signal gedeutet werden, ist aber gegenüber dem Untergrund nicht signifikant genug, um eine klare Aussage treffen zu können.

13 100 Ursprung der Teilchenmassen Abbildung 6.11: Invariante Massenverteilung der beiden s die ein b-quark enthalten, Histgramme bezeichnen den vm SM erwarteten Untergrund (BG), M H = 10 GeV.. M H > 135 GeV Nicht anders stellt sich die Situatin im zweiten Suchbereich vn M H > 135 GeV dar. Zwar kann man in Abb. 6.1 wiederum eine kleine Überhöhung bei 170 GeV ausmachen, aber dies ist zu klein für eine klare Aussage. Die hier untersuchten möglichen Zerfallskanäle sind: gg H W + W, BG W Z, W W, ZZ, t t, tw : Glun-Glun Fusin: grßer Wirkungsquerschnitt, aber auch sehr grßer QCD- Untergrund q q W ± H W ± W + W, BG V V V, W Z, t t: sehr mdellabhängige Untergrundbeschreibung Abschließend ist zu bemerken, dass nch kein eindeutiges Bild gegeben werden kann, die Messungen vn TEVATRON allerdings eine äußerst wichtige Vrstudie für LHC sind. M c = p T (ll) + M ll + Emiss T (6.17) Kmbiniertes Resultat Zusammenfassend seien nchmals alle Resultate erwähnt, die wir bis heute über das Higgs erlangt haben. In Abb ist die zur gesicherten Entdeckung (5 σ-bereich) des Higgs ntwendige Luminsität als Funktin der Higgs-Masse dargestellt. Dabei ist zu beachten, dass die ntwendige Luminsität sich nach dem vm Standartmdell vrhergesagen Wirkungsquerschnit bemisst. Das Maimum bei M H 140 GeV in

14 6.3 Suche nach dem Higgs in p p Kllisnen (TEVATRON) 101 cunts/5 GeV cunts/5 GeV M C (GeV) M C (GeV) Abbildung 6.1: Invariante Massenverteilung vn Ereignissen in Glun-Glun- Fusin (gg H W + W l + ν l l ν l ) mit lseren (a) und strengeren Schnitten (b), dukles Histgramm bezeichnen den vm SM erwarteten Untergrund (BG), ffenes Histgramm stellt das Higgs-Signal dar, M H = 170 GeV : Abb flgt beispielsweise direkt aus dem Minimum des Wirkungsquerschnittes für die vrhergesagen Higgs-Zerfälle in Abb Dasselbe gilt für das Minimum bei M H 160 GeV in Abb Der heutige Stand des Wissens über das Higgs ist als: M H [110, 190] GeV M H 10 GeV Messung bei 95 % C.L. für M H < 135 GeV gilt l ν l b b, ν l ν l b b, l + l b b für M H > 135 GeV gilt l ν l l + l, l ± l ± ν l ν l jj Abbildung 6.13: Resultate aller Simulatinen und der Interplatin aller Effekte.

15 10 Ursprung der Teilchenmassen 6.4 Ausblick Erweiterung des Higgs-Sektrs Eine Erweiterung ist hne weiteres denkbar, hätte aber einige Knsequenzen: mehrere Higgs-Dubletts, Tripletts mehrere neutrale und geladene Higgs-Bsnen Suchstrategie ähnlich, aber bisher nch nichts gefunden Supersymmetrie In supersymmetrischen Mdellen werden den Ferminen skalare Partner mit S = ±1 und den Bsnen entsprechend Partner mit S = 1. In einer minimalen Therie werden zwei skalare neutrale Teilchen h und H mit CP + swie ein pseudskalares CP neutrales Teilchen A gefrdert, swie zwei geladene Higgs-Teilchen H + H. Für das leichteste Higgs h sagt dann die Therie eine Masse vn m h < M Z + Strahlungskrrekturen 150 GeV vraus, wmit sich ein grßes Entdeckungsptential auftut. LHC, CERN, ab 007 Ab 007 wird vermutlich der pp-cllider LHC am CERN bei einer Schwerpunktsenergie vn s = 14 TeV in Betrieb gehen. Falls m H > M Z ist, erwartet man den flgenden Przess: pp H 0 + X, H 0 ZZ µ + µ µ + µ (6.18) Falls aber m H < M Z ist, s erwartet man einen Zerfall über eine Leptnschleife (t Quark) mit Abstrahlung zweier Phtnen. LHC wird den gesamten physikalischen Bereich für m H 1 TeV abdecken.