Symmetie en Symmetrie. in het Standaard Model

Transcriptie

1 Symmetie en Symmetrie in het Standaard Model Eric Laenen Utrecht

2 Het Higgs deeltje Wat weet U wellicht al? - Higgs deeltje is klein (en duur) - media noemen het te vaak God-deeltje? - wordt gezocht onder de grond in Zwitserland - heeft iets met massa te maken In deze voordracht: - de pracht van het Higgs mechanisme - in het Standaard Model

3 Twee sleutel concepten Basiskrachten van Natuur 1 symmetrie Deeltjes-massa II gebroken symmetrie

4 Twee sleutel concepten Basiskrachten van Natuur 1 symmetrie II Higgs Deeltjes-massa gebroken symmetrie

5 Standaard Model theorie van bijna alles

6 Het Standaard Model

7 Het Standaard Model

8 Het Standaard Model L SM = f ψ f D/ ψ f + T r [D µ, D ν ][D µ, D ν ] + D µ Φ D µ Φ V (Φ) + Y (ψ, Φ)

9 Elementaire materie Atomen, scheikunde electriciteit,... Electron E-neutrino up-quark down-quark e ν e u d /s door lichaam vanuit zon Proton= u+u+d Neutron=u+d+d Atoomkernen = Z*Proton+(A-Z)*Neutron

10 Nog 2 families Muon Muon-neutrino µ ν µ Tau Tau-neutrino τ ν τ charm-quark c top-quark t strange-quark s bottom-quark b.. en allemaal hun anti-deeltjes

11 Elementaire kracht Kracht Deeltje Typische sterkte Fenomenen Electromagnetisme Photon 1/137 Atomen, scheikunde, straling, licht, Zwakke kernkracht W en Z bosonen 0.01 Radioactief verval, kernfusie in zon, Sterke kernkracht gluonen 0.1 Atoomkernen, proton massa Zwaartekracht gravitonen? 1E-46 Tja.. 8

12 Zwakke kracht laat de zon schijnen d p u u W + d u n d e ν + e

13 Kracht = deeltjes uitwisseling!!

14 Bouwstenen van Standaard Model Elementaire materie, en kracht Rekenregels om hiermee te werken - Een (wiskundig) bouwplan/beschrijving gebaseerd op symmetrie en op velden

15 Velden Bekende velden - Zwaartekrachtsveld - Electron veld Φ(x, y, z, t) Aard magnetische veld Standaard Model: elk deeltje zijn veld Electromagnetische veld 2 1 Up-quark veld Higgs boson veld, etc Deeltjes als veld-pulsen

16 Velden theorie, hoe goed werkt het? Magnetische sterkte van het electron Exp : (4.3) Theorie? Bereken magnetische lading van electron door Feynman diagrammen : 13

17 Velden theorie, hoe goed werkt het? Magnetische sterkte van het electron Exp : (4.3) Theorie? Bereken magnetische lading van electron door Feynman diagrammen : 1 13

18 Velden theorie, hoe goed werkt het? Magnetische sterkte van het electron Exp : (4.3) Theorie? Bereken magnetische lading van electron door Feynman diagrammen :

19 Velden theorie, hoe goed werkt het? Magnetische sterkte van het electron Exp : (4.3) Theorie? Bereken magnetische lading van electron door Feynman diagrammen :

20 Velden theorie, hoe goed werkt het? Magnetische sterkte van het electron Exp : (4.3) Theorie? Bereken magnetische lading van electron door Feynman diagrammen : (28.3) x

21 Standaard Model developers Noether Dirac Feynman Tomonaga Schwinger Weinberg Salam Glashow Zweig Gell-Mann Veltman t Hooft

22 Theorie van bijna alles Zwaartekracht is er niet bij 95% van het universum is niet- Standaard Model materiaal (donkere materie en -energie)...

23 Kracht en Symmetrie

24 Symmetrie: transformeer object kijk of het hetzelfde is

25 Symmetrie: transformeer object kijk of het hetzelfde is

26 Hoeveel symmetrie? Text M. Geis Geen symmetrie In het Standaard Model zijn er vele soorten symmetrien

27 Hoeveel symmetrie? Ellipsoide Minder dan bol Text M. Geis Geen symmetrie In het Standaard Model zijn er vele soorten symmetrien

28 Hoeveel symmetrie? Ellipsoide Minder dan bol Kubus Minder dan ellipsoide Text M. Geis Geen symmetrie In het Standaard Model zijn er vele soorten symmetrien

29 Het electronveld heeft overal in ruimte-tijd een wijzertje Symmetrie: als ik overal het wijzertje anders mag zetten zonder gevolgen Het electromagnetisch veld is er om alle wijzigingen te communiceren

30 Symmetrie Kracht Het electronveld heeft overal in ruimte-tijd een wijzertje Symmetrie: als ik overal het wijzertje anders mag zetten zonder gevolgen Het electromagnetisch veld is er om alle wijzigingen te communiceren

31 Symmetrie Kracht Alle drie de krachtvelden volgen zo uit een symmetrie Het electronveld heeft overal in ruimte-tijd een wijzertje Symmetrie: als ik overal het wijzertje anders mag zetten zonder gevolgen Het electromagnetisch veld is er om alle wijzigingen te communiceren

32 Massa en Gebroken symmetrie

33 Klassiek begrip van massa Massa als inertie: F = m a Massa als lading van zwaartekracht F = G mm r 2 In beide gevallen is massa behouden, het is er gewoon

34 Einstein s massa Massa als gecondenseerde energie m = E c 2 Voorbeeld - Proton = 2 up quarks + 1 down quark m(proton) = 938 MeV. m(up) = 10 Mev. m(down) = 10 MeV - Proton massa is voornamelijk bindingsenergie!! Massa kan ook gemaakt worden (LHC!) Maar wat is de oorsprong van deeltjes massa? e - e +

35 mijn opa

36 Higgs Mechanisme Het Higgs veld moet op het wijnfles oppervlakte leven. Vlak na Big Bang, symmetrisch in het midden. 24

37 Higgs Mechanisme Het Higgs veld moet op het wijnfles oppervlakte leven. Vlak na Big Bang, symmetrisch in het midden. 24

38 Higgs Mechanisme Het Higgs veld moet op het wijnfles oppervlakte leven. Vlak na Big Bang, symmetrisch in het midden. Bij het afkoelen van het heelal na de Big Bang, rolde het Higgs veld in de goot. Gebroken symmetrie! 24

39 Higgs Mechanisme Het Higgs veld moet op het wijnfles oppervlakte leven. Vlak na Big Bang, symmetrisch in het midden. Bij het afkoelen van het heelal na de Big Bang, rolde het Higgs veld in de goot. Gebroken symmetrie! 24

40 Higgs Mechanisme Het Higgs veld moet op het wijnfles oppervlakte leven. Vlak na Big Bang, symmetrisch in het midden. Bij het afkoelen van het heelal na de Big Bang, rolde het Higgs veld in de goot. Gebroken symmetrie! 24

41 Higgs Mechanisme Het Higgs veld moet op het wijnfles oppervlakte leven. Vlak na Big Bang, symmetrisch in het midden. Bij het afkoelen van het heelal na de Big Bang, rolde het Higgs veld in de goot. Gebroken symmetrie! Higgsveldsterkte > 0 24

42 Higgs veld en massa In het heelal zou dus overal constant Higgs veld zijn. Deeltjes die het Higgs veld voelen krijgen zo massa. Gebroken symmetrie veroorzaakt massa! 25

43 Higgs veld en massa In het heelal zou dus overal constant Higgs veld zijn. Deeltjes die het Higgs veld voelen krijgen zo massa. Gebroken symmetrie veroorzaakt massa! 25

44 Higgs veld en massa In het heelal zou dus overal constant Higgs veld zijn. Deeltjes die het Higgs veld voelen krijgen zo massa. Gebroken symmetrie veroorzaakt massa! 25

45 Higgs en supergeleiding De wiskunde van het Higgs mechanisme is analoog aan magnetische afstoting van supergeleider

46 Higgs en supergeleiding De wiskunde van het Higgs mechanisme is analoog aan magnetische afstoting van supergeleider Is het heelal een kosmische supergeleider?

47 Epiloog: implicaties?

48 Higgs deeltje is een smoking gun Rimpeling in het achtergrond Higgs veld Cruciaal nu: kijk of het er is, en zich gedraagt zoals verwacht - wordt het op de voorspelde manier gemaakt? - vervalt het op de voorspelde manieren?

49 Higgs produktie Gluon fusion Weak boson fusion [fb] 10 5 SM Higgs production LHC 10 4 qq qqh gg h 10 3 qq Wh 10 2 bb h gg,qq tth qb qth TeV4LHC Higgs working group qq Zh Associated production t-tbar-higgs m h [GeV]

50 Nieuwe vragen Higgs veld geeft teveel energie in het heelal [Veltman] Higgs deeltje zou het eerste elementaire deeltje zijn zonder spin - onnatuurlijke quantum bijdragen aan massa van Higgs deeltje - verklaart nog steeds niet donkere energie en materie

51 Nieuwe vragen nieuwe ideeen Supersymmetry - invariantie onder menging van materie en kracht Nieuwe sterke kracht - Higgs deeltje als gebonden toestand van 2 top quarks?...?

52 Samenvatting Standaard Model - velden theorie voor elementaire materie en kracht Krachten volgen uit abstracte symmetrien Higgs: deeltjesmassa volgt uit gebroken symmetrie Veel nieuwe vragen

53 Samenvatting Standaard Model - velden theorie voor elementaire materie en kracht Krachten volgen uit abstracte symmetrien Higgs: deeltjesmassa volgt uit gebroken symmetrie Veel nieuwe vragen Het vinden van het Higgs deeltje: een nieuw hoofdstuk

54 LHC is aan zet

55 LHC is aan zet