Megvan már a Higgs-részecske?

Megvan már a Higgs-részecske? Babes-Bolyai Egyetem, Kolozsvár, 2012.12.14 Horváth Dezso˝ [email protected] MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont, Részecske- és Magfizikai Intézet, Budapest és MTA Atommagkutató Intézet, Debrecen

Horváth Dezs˝o: Megvan már a Higgs-részecske?

Kolozsvár, 2012.12.14.

– p. 1/49

Vázlat Részecskék és kölcsönhatások Standard Modell és a Higgs-bozon (MTA, 2012.05.09: Felfedezésre itélve?) A Nagy Hadron-ütközteto˝ (Large Hadron Collider, LHC) A Compact Muon Solenoid (CMS) kísérlet Megvan a Higgs-bozon? Hogyan jutottunk el idáig? Tervek, kilátások



– p. 2/49

Elo˝ szó A (részecske)fizika egzakt tudomány: A fizika univerzális nyelve a matematika, pontos matematikai formalizmuson alapszik. Egy elmélet érvényes, ha kiszámítható, és eredménye egyezik a kísérlettel. Az igazi fogalmak mérheto˝ mennyiségek, a szavak csak mankók. Szavak mögött pontos matematika és kísérleti tapasztalat Alapkérdés: milyen pontossággal adja vissza az elméleti számítás a mérések eredményét? Számítás nélkül nincs fizika, csak spekuláció.... de a fizika kísérleti tudomány! Horváth Dezs˝o: Megvan már a Higgs-részecske?


– p. 3/49

Kvantumfizika: valószínuségi ˝ leírás Einstein: Isten nem dob kockát! De mégis... Minden kísérleti tény igazolja, pedig nem szemléletes Egyetlen pontszeru˝ elektron egy fésu˝ minden résén egyszerre átmegy A csillagból jövo˝ fénysugár gömbfelületen terjed, mégis ˝ egészében a távcsoben végzi. Az atomi elektron gömbfelületi pályáján nem mozoghat, mert sugározna, csak egyszerre minden pontjában ott van bizonyos valószínuséggel. ˝ Nem tudjuk, egyetlen bomlékony részecske mikor fog ˝ belül mekkora elbomlani, csak azt, hogy adott idon valószínuséggel ˝ bomlik. A matematika minden adatot szépen visszaad! Horváth Dezs˝o: Megvan már a Higgs-részecske?


– p. 4/49

A mikrovilág vizsgálata: nagy energia Tárgy 1 eV = kinetikus energia, amelyet 1 V átszelésekor szerez egy elektron 1 keV = 103 eV 1 MeV = 106 eV; 1 GeV = 109 eV 1 TeV = 1012 eV

méret, m energia

kicsi

10−3

baktérium

10−5

λ(fény)

10−7

1 eV

atom

10−10

1 keV

atommag

10−14

1 GeV

elektron

10−18

1 TeV

Nagyobb energia ⇒ kisebb távolság ⇒ mélyebb szerkezet



– p. 5/49

Spontán szimmetriasértés ⇒ tömeg

Szabad fermion

Higgsbozon

David J. Miller és CERN: http://www.hep.ucl.ac.uk/∼djm/higgsa.html Horváth Dezs˝o: Megvan már a Higgs-részecske?


– p. 6/49

A Standard Modell állatkertje

A Higgs-részecskén kívül mind régen megvan ˝ Kísérletileg messzemenoen igazolva Horváth Dezs˝o: Megvan már a Higgs-részecske?


– p. 7/49

A SM Higgs–bozonja A Standard Modell Higgs–mechanizmusa: Szimmetriasértés!

Higgs-bozon: kvantumszámok nélküli, furcsa részecske Létezik? SM: muszáj! Horváth Dezs˝o: Megvan már a Higgs-részecske?


– p. 8/49

Viccek a Higgs-bozonról A bárba besétál egy Higgs-bozon. Azt mondja neki a csapos: Vigyázzon, magát többen is keresik! A templomba besétál egy Higgs-bozon. Azt mondja neki a pap: Magát ˝ Pedig nélkülem itt soha nem lesz tömeg! nem szívesen látjuk itt.. Mire o: Angolul: But without me how can you have mass?

Miért nem kérdezik meg a varázsgömböt, hol a Higgs-bozon? Mert a fizikusok hülyék. A tárgyak tömege NEM a Higgs-mechanizmustól van! Horváth Dezs˝o: Megvan már a Higgs-részecske?


– p. 9/49

A CERN 20 tagországa

+ Románia, Izrael, Szerbia, Ciprus, Szlovénia, Töröko., Brazília, Oroszo. Horváth Dezs˝o: Megvan már a Higgs-részecske?


– p. 10/49

A CERN és környéke



– p. 11/49

A CERN kutatói (felhasználói)

2800 alkalmazott + 10500 kutató + 440 diák (Olasz > német > amerikai > orosz > francia) Horváth Dezs˝o: Megvan már a Higgs-részecske?


– p. 12/49

A CERN gyorsítói: múlt és jelen LEP: 1989–2000

LHC: 2009–2025?



– p. 13/49

Az LHC eltéríto˝ -mágnesei

Az 1232 szupravezeto˝ mágnes egy része (L = 15 m, M = 35 t, T = 1.9 K, B = 8.3 T) Horváth Dezs˝o: Megvan már a Higgs-részecske?


– p. 14/49

Az LHC már készen



– p. 15/49

CMS (Compact Muon Solenoid)

Compact Muon Solenoid: 14000 tonnás digitális kamera 20 M kép/s, 1000 GB/s adat Tárolás: max. 400 kép/s ⇒ intelligens adatszurés!! ˝ Horváth Dezs˝o: Megvan már a Higgs-részecske?


– p. 16/49

Az LHC CMS–detektora (Compact Muon Solenoid) Súly: 14000 tonna, kétszer annyi vas, mint Eiffel–toronyban > 3000 résztvevo˝ a világ 35 országából ˝ szolenoidja: A világ legnagyobb (szupravezeto) ˝ 6 m, mágneses tere 4 Tesla belso˝ átméroje Detektorépítésben magyar részvétel: Müondetektorok pozicionáló rendszere: DE Kisérleti Fizikai Int. és ATOMKI ˝ Eloreszórt részecskék észlelése: (Hadron Forward calorimeter, HF) Készült USA-RU-TR-HU együttmuködésben: ˝ RMKI, Budapest Az elso˝ leeresztett CMS-detektorrész: 2006. nov. 11. Adatkezelés: Worldwide LHC Computing Grid Wigner FK RMI: BUDAPEST WLCG-állomás Horváth Dezs˝o: Megvan már a Higgs-részecske?


– p. 17/49

A CMS-együttmuködés, ˝ 2012 41 ország 179 intézménye 3275 fizikus (közülük 1535 diák) 790 mérnök és technikus ˝ intézmény országa szerint: Résztvevok USA: 1149, Olaszo.: 439, Németo.: 298, Oroszo.: 234 Útlevél szerint: USA: 707, olasz: 554, német: 315, orosz: 305 ˝ 40, magyar útlevéllel: 44 Magyar intézménybol:



– p. 18/49

A CMS mágnese



– p. 19/49

A CMS belso˝ része



– p. 20/49

Worldwide LHC Computing Grid A CMS-kísérlet fo˝ WLCG-állomásai

Wigner FK Tier-2: 500 CPU, 255 TB, CMS és ALICE VO ATOMKI Tier-3: átadva, 2012 nov. 2013 jan.: LHC Tier-0 egy része Wigner FK-ba települ! Horváth Dezs˝o: Megvan már a Higgs-részecske?


– p. 21/49

Az LHC remekül muködik! ˝

http://op-webtools.web.cern.ch/op-webtools/vistar/vistars.php?usr=LHC1 p-p ütközések hozama 7 TeV-nél 2010: 0,04 fb−1 , 2011: 5.6 fb−1 , 2012: ∼ 25 fb−1 @ 8 TeV! Horváth Dezs˝o: Megvan már a Higgs-részecske?


– p. 22/49

A CMS elektromágneses kalorimétere a H → γγ észlelésére optimalizálva

CMS ECAL: 75,848 PbWO4 egykristály szcintillátor Horváth Dezs˝o: Megvan már a Higgs-részecske?


– p. 23/49

CMS-esemény: H → γγ jelölt



– p. 24/49

2012 május: ATLAS és CMS lát valamit? Mindenki lát (utólag még az amerikai TEVATRON is) egy kevés többletet a Standard Modell Higgs-bozon nélküli ˝ jóslata fölött, de sehol sem igazán jelentos A mért adatnak kísérleti bizonytalansága van (σ ). Forrása: ˝ észlelések száma és minosége, szimulációk egyezése kísérlettel, felhasznált korábbi adatok bizonytalansága. Megállapodás: felfedeztünk valami újat, ha az ismert ˝ az a kísérleti bizonytalanság ötszörösével (5σ ) háttérbol kiemelkedik MTA, 2012.05.09: Már 3σ többlet, 2012-ben felfedezésre itélve??



– p. 25/49

2012 július 4: valami van! ATLAS és CMS, 7 és 8 TeV ütközési energián, H → γγ és H → ZZ → ℓ+ ℓ− ℓ+ ℓ− csatornában, m ≈ 126 GeV ˝ tömegnél statisztikusan jelentosen (kísérletenként 5σ szignifikanciával) lát egy új H részecskét a SM Higgs-bozonjának megfelelo˝ tulajdonságokkal. Vajon tényleg a Higgs-bozont látjuk? Az adatelemzés kihegyezve a SM Higgs-bozonra ... De még be kell bizonyítanunk, hogy tényleg az, pl. SH = 0+ : H → ZZ és H →WW bomlástermékek szögeloszlása H → XY... valószínuségei ˝ SM szerintiek Csak egy Higgs-bozon van (nincs több, semleges vagy töltött) Horváth Dezs˝o: Megvan már a Higgs-részecske?


– p. 26/49

CERN @ Melbourne, 2012 július 4.

Pásztor Gabriella: Higgs-vadászat @ CERN (Fizikai Szemle, 2012 okt.) Horváth Dezs˝o: Megvan már a Higgs-részecske?


– p. 27/49


Pásztor Gabriella: Higgs-vadászat @ CERN (Fizikai Szemle, 2012 okt.)



– p. 28/49




– p. 29/49

CERN, 2012 július 4.



– p. 30/49

Higgs-bozon, 2012 aug. 17.



– p. 31/49

CMS: Higgs-cikk, 2012 aug. 17 CMS Collaboration: Observation of a new boson at a mass of 125 GeV with the CMS experiment at the LHC Phys. Lett. B 716 (2012) 30–61. ˝ a közben (20 év építés!) eltávozott résztvevoknek dedikálva ˝ 19+3 magyar: 15 oldal cikk, utána 17 oldalon 2899 szerzo, Wigner Fizikai Kutatóközpont, Budapest: Bencze György, Hajdu Csaba, Hidas Pál, Horváth Dezso˝ 1 , Siklér Ferenc, Veszprémi Viktor, Vesztergombi György2 , Zalán Péter ATOMKI, Debrecen: Béni Noémi, Czellár Sándor, Fenyvesi András, Molnár József, Pálinkás József, Szillási Zoltán Debreceni Egyetem: Karancsi János, Raics Péter, Trócsányi Zoltán, Ujvári Balázs, Zilizi Gyula Más színekben: Gutay László (Purdue), Banicz Károly (FNAL) és Veres Gábor2 (CERN) Horváth Dezs˝o: Megvan már a Higgs-részecske?


– p. 32/49

ATLAS: Higgs-cikk, 2012 aug. 17. ATLAS Collaboration: Observation of a new particle in the search for the Standard Model Higgs boson with the ATLAS detector at the LHC Phys. Lett. B 716 (2012) 1–29 2931 szerzo˝ 19 román, 4 magyar Tóth József és Pásztor Gabriella (Wigner FK), ifj. Krasznahorkay Attila (New York U.) és Kövesárki Péter (Bonn U.) Romániai intézmények: NIPNE, UB, UP és IFIN-HH, Bukarest; WUT, Temesvár



– p. 33/49

CMS: H → γγ (VBF)

Vertex a γγ invariáns tömeg meghatározásához: Vektorbozon-fúziós események két hadronzápora. Horváth Dezs˝o: Megvan már a Higgs-részecske?


– p. 34/49

H → γγ tömegeloszlása CMS

ATLAS ⇒ Horváth Dezs˝o: Megvan már a Higgs-részecske?


– p. 35/49

∗

+ −

+

CMS: H → ZZ → e e µ µ



−

– p. 36/49

∗

+ − + −

CMS: H → ZZ → ℓ ℓ ℓ ℓ



– p. 37/49

∗

+ − + −

ATLAS: H → ZZ → ℓ ℓ ℓ ℓ



– p. 38/49

CMS, 2012 november: jelero˝ sség

A 2012-es statisztika megduplázása: CMS-jel 6.9 σ < MX >= 125.8 ± 0.4(stat) ± 0.4(syst) Horváth Dezs˝o: Megvan már a Higgs-részecske?


– p. 39/49

Ez a SM Higgs-bozonja? CMS, 2012 november

A különbözo˝ bomlási módusok valószínusége ˝ ˝ a SM elorejelzéseihez képest 126 GeV-es Higgs-bozonra CMS átlaga, 2012 november: 0.88 ± 0.21 Közeledünk a SM-hez (sajnos :-) ATLAS átlaga, 2012 november: 1.3 ± 0.3 Horváth Dezs˝o: Megvan már a Higgs-részecske?


– p. 40/49

Hogyan jutottunk idáig? ˝ CMS szándéknyilatkozat: 1992 (475 szerzo) Technikai tervek (8 többszázoldalas mu): ˝ 1995–2005 Detektor jórészt felépítve a felszínen: 2000-2006 Leeresztés darabokban, összerakás, befejezés: 2006-2008 LHC elindul: 2008 (katasztrófa, javítás), majd 2009. 2010: 7 TeV, összegyujtött ˝ luminozitás 0.04 fb−1 2011: 7 TeV, 5.6 fb−1 2012 április – december: 8 TeV, ∼25 fb−1 ˝ LHC fejlodése: 2010 → 2011: 140-szeres luminozitás 2011 → 2012: 7 → 8 TeV, cca. ötszörös luminozitás Horváth Dezs˝o: Megvan már a Higgs-részecske?


– p. 41/49

CMS-vezérlo˝ , 2012 május 2, 15h 45p

http://cms.web.cern.ch/content/cms-control-room-webcams ˝ HD DCS-koordinátor: Szillási Zoltán, ATOMKI; DQM-felügyelo: Ügyelet: Spanyol, holland, orosz, kínai, francia, magyar Horváth Dezs˝o: Megvan már a Higgs-részecske?


– p. 42/49

Adatmino˝ sítés, eseményrekonstrukció ˝ Globális, online ellenorzés: Data Quality Monitoring Offline DQM aldetektoronként. Budapest és Debrecen: Tracker-adatok ˝ minosítése (Wigner FK CMS-állomásán!) Eseményrekonstrukció Tier-0-ban. Tárolás Tier-1-ben, analízis Tier-2-ben és Tier-3-ban (Particle flow: aldetektorok jeleinek összevarrása). CERN-i Tier-0 ⇒ Bolognai Tier-1 ⇒ budapesti Tier-2 ⇒ debreceni Tier-3


A Wigner FK CMS-állomása


– p. 43/49

Vak adatelemzés szimulációk alapján Vak adatelemzés: addig mért adatokhoz nem nyúlunk, amig nem rögzítettük az elemzés módszerét (eseményválogatás, jel- és háttérszeruség ˝ valószínusége). ˝ Több párhuzamos analízis ugyanarra különbözo˝ módszerrel. Analysis Note-ok (100-200 oldalon), a legjobbat fogadjuk el: Tisztaság, hatásfok, szisztematikus szórás, átláthatóság. ˝ konkurrensek vitája. Analysis Note-ok egész CMS elott,



– p. 44/49

CMS: 78 p-p vertex!

Sok p-p ütközés lehet ugyanabban az eseményben (csomag-ütközésben). Rekord: 78 azonosított vertex. Adatmennyiséget növeli, de elemzést nehezíti. Horváth Dezs˝o: Megvan már a Higgs-részecske?


– p. 45/49

Mit mondhatunk és mit nem? ˝ Csak teljes jóváhagyás után beszélhetünk az eredményekrol. ATLAS kiszivárogtatta a júl. 4-i eredményt Nature-nek, CMS ˝ ˝ látta a megerosítette. A két TEVATRON-kísérlet meg egybol 125 GeV-es Higgs-bozont elhanyagolható szignifikanciával (ugyanazok a fizikusok ,). Egy ATLAS-os (mi lett vele?) tavaly fel is fedezte a Higgs-bozont 140 GeV-nél. Csak jóváhagyott (elfogadott Physics Analysis Summary-ban ˝ ábrákat, adatokat mutathatunk. levo) ˝ próbaeloadások. ˝ Konferencia elott Joe Incandela július 4-i ˝ ˝ o˝ eloadását a CMS 4-órás videokonferencián próbálgatta eloz délután. Horváth Dezs˝o: Megvan már a Higgs-részecske?


– p. 46/49

Felfedezés? A Tevatronnál amit az egyik kísérlet (ált. CDF) felfedezett, a ˝ megcáfolta. másik (D0) általában késobb ATLAS és CMS megállapodott, hogy ha valamelyik felfedez ˝ valamit, a szóvívo˝ elmondja a Foigazgatónak, aki odahívja a ˝ és megkéri, ellenorizze. ˝ másik szóvívot Erre most nem volt szükség. CMS és ATLAS megállapodott, hogy nem használja a „Discovery” (felfedezés) szót, csak az „Observation”-t (megfigyelés).



– p. 47/49

Végszó ATLAS és CMS, két LHC-energián, többféle bomlási csatornában, hasonló tömeggel és ˝ jelerosséggel lát Higgs-bozon-szeru˝ részecskét. Tanulmányozni fogjuk. Jó lenne, ha nem pontosan a SM Higgs-bozonja volna: új fizika reménye.

John Ellis beszélget Margaret Thatcherrel Horváth Dezs˝o: Megvan már a Higgs-részecske?


– p. 48/49

Köszönetnyilvánítás Nemzeti Innovációs Hivatal Nemzeti Kutatási és Technológiai Hivatal † OTKA NK67974, NK81447, K72172, K81614, H07B-74296 és H07C-74153 EU FP6 MC-ToK 509252 és FP7 III 031688 Magyar és Osztrák Tudományos Akadémia Megérto˝ együttmuköd ˝ o˝ partnereink (CERN, ETHZ, HEPHY !)

Köszönöm a figyelmet! Horváth Dezs˝o: Megvan már a Higgs-részecske?


– p. 49/49

Megvan már a Higgs-részecske?

Recommend Documents