VIII Die HiggsSuche im Standardmodell VIII 1 Begrndung

VIII. Die Higgs-Suche im Standardmodell VIII. 1. Begründung und Vorhersagekraft ® 1961 S. Glashow Eichsymmetrie in Schwachem Isospin und Hyperladung beschreibt elektromagnetische und Schwache Wechselwirkung + Übereinstimmung mit Experiment + Nur 2 freie Parameter (Kopplungen g. W , g. Y) + Renormierbar wegen lokaler Eichsymmetrie - Benötigt masselose Eichbosonen g , Z, W+, Wund masselose Fermionen e, µ, . . . - Explizite Masseterme, z. B. würden Eichsymmetrie zerstören 1

Der Higgs Mechanismus (Wiederholung) ® Minimales Modell: ® ® ® 1 komplexes SU(2) Duplett f Quartisches Potenzial Spontane Symmetriebrechung f 0 f+ ® 2 komplexe Felder f 0 und f+ ® Grundzustand ® 2 freie Parameter: ® v (Vakuum Erwartungswert) ® l (Steilheit des Potenzials)

Vorhersagen ® Lokale Eichinvarianz für Higgs Terme erzwingt Mischung des B und W 3 Feldes (Massendiagonalisierung) ® ® Der kin. Term des Higgsfeldes ® ® enthält über automatisch die Z-h und W-h Wechselwirkungen (Eichkopplung!) sowie Boson-Massenterme

Die Massen der Bausteine Variieren um 3 x 105 ohne Neutrinos und > 1012 mit Neutrinos 3 x 10 5 1012 4

Vorhersagekraft? ® Ist die Higgs Hypothese überprüfbar? ® ® Lernen wir was Masse ist ? ® ® Ja! Die Stärke der Kopplung eines Teilchens ans Higgsfeld Sagt der Higgs Mechanismus die Massenwerte vorher? ® ® Ja! Über Higgs Boson(en) Entdeckung und BR Messung Nein! Außer des m. W / m. Z Verhältnisses Hilft er für das Verständnis der Massenwerte? ® Ja! Wir wissen, welche tieferen Fragen zu beantworten sind: ® Eichbosonen: Warum ist v = 246 Ge. V ? ® Fermionen: Was bestimmt die Kopplungen gf ? 5

VIII. 2. Die Bedeutung der Teilchenmassen ® Brenndauer der Sterne ® ® m. W bestimmt p+p D + e++ ne in Sternen Größen- und Energieskala der Moleküle (Lebewesen) Elektronmasse regiert atomare Energien und Distanzen ® Rydberg Energie R=0. 5 a²em me ® ® Bohr Radius a=1 / (aem me) Nukleonmassen: ® 1, 5% in Valenzquark-Massen (mu+md +mq =12 -15 Me. V) ® ® 98, 5% in Gluonwolke und Seequarks md - mu , md - me bestimmen Stabilität des Wasserstoffs 6

Teilchenmassen und Stabilität der Kerne ® Wasserstoffkern: ® mn - mp = 939. 6 Me. V – 938. 3 Me. V = 1. 3 Me. V ® D mmass = md – mu » 3 Me. V ® D melec = aem(Q²d – Q²u) / árqqñ = – 0. 5 Me. V / árqq (fm) ñ » – 1. 7 Me. V ® Schwere ® n + e+ + ne , da p Kerne: n Eb(n) - Eb(p) ® Sensible p + e- +`ne , da > md – (mu + me) + D melec = 0. 8 Me. V Abstimmung zwischen ® Starker Kraft : árqqñ » 0. 3 fm ® Elmagnetischer Abstoßung: aem ® Massen: md , mu , me 7

Beispiele « Größe der Massenkala: ~1012 ! ® Erniedrige m. W um Faktor 2 ® ® ® Erniedrige me auf 0. 02 Me. V (Faktor 25) ® ® Riesige Atome, kleine Bindungsenergien ® Menschliche „Riesen“ sind 45 m groß, leben in kalten Regionen: ® Kovalente C-Bindungen haben nur Eb=30 me. V, (ET(20 o. C)= 25 me. V) Erniedrige md – me um 1 Me. V (Faktor 1. 2) ® ® Sonne größer, kälter, brennt schneller s*r ~ (m. W)- 4 (m. W)1. 5 Brenndauer (1. 5 x 109 a) reicht nur für Entwicklung von Bakterien auf der Erde ermöglicht K-Einfang in Wasserstoff: p + e- n + ne , da ® (mp + me)- mn = 0. 2 Me. V n stabil, keine H-Atome, seltenes D kann H kaum ersetzen Sterne brennen n+n D + e-+`ne, D+n 3 He + e-+`ne p e- W- n ne Erniedrige md - mu um 4 Me. V (Faktor 2) ® ® ® erlaubt p n + e+ + ne und D 2 n + e+ + ne , da ® mp – (mn+me) = 2. 2 Me. V = Eb(D) unterbindet n+n D+e-+`ne, da 2 mn < (m. D + me) keine Protonen, keine Sterne, nur neutrale (n, g, n) übrig 8