Hur mycket betyder Higgspartikeln? MASSOR! Leif Lönnblad Institutionen för Astronomi och teoretisk fysik Lunds Universitet UR Samtiden, 2013.06.02 Higgs 1 Leif Lönnblad Lund University ◮ Varför är Higgs viktig? ◮ Vad är massa? ◮ Hur hänger massa och Higgs ihop? ◮ Hur kan man se en Higgspartikel? ◮ Vad har vi egentligen upptäckt? ◮ Vad finns det kvar att upptäcka? Higgs 2 Leif Lönnblad Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Vad är massa? Higgs 3 Leif Lönnblad Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Vad är massa? F = mg Higgs 3 Leif Lönnblad Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Massa är energi! E= Higgs 4 Leif Lönnblad 2 mc Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Energi är massa! m= E c2 = m0 + Ek c2 + Ep c2 + Eb c2 Notera att c 2 ≈ 9 · 1016 m2 /s2 Higgs 5 Leif Lönnblad Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Energi är massa! m= E c2 = m0 + Ek c2 + Ep c2 + Eb c2 Notera att c 2 ≈ 9 · 1016 m2 /s2 Higgs 5 Leif Lönnblad Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Energi är massa! m= E c2 = m0 + Ek c2 + Ep c2 + Eb c2 Notera att c 2 ≈ 9 · 1016 m2 /s2 Higgs 5 Leif Lönnblad Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Vad studerar en partikelfysiker? ◮ De partiklar (kvarkar och gluoner) som bygger upp protoner och neutroner ◮ . . . som bygger upp atomkärnor ◮ . . . som med elektroner bygger upp atomer ◮ . . . som bygger upp molekyler ◮ . . . som bygger upp celler ◮ . . . som bygger upp oss. (1 m) Higgs 6 Leif Lönnblad Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Vad studerar en partikelfysiker? ◮ De partiklar (kvarkar och gluoner) som bygger upp protoner och neutroner ◮ . . . som bygger upp atomkärnor ◮ . . . som med elektroner bygger upp atomer ◮ . . . som bygger upp molekyler ◮ . . . som bygger upp celler ◮ . . . som bygger upp oss. (1 m) Higgs 6 Leif Lönnblad Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Vad studerar en partikelfysiker? ◮ De partiklar (kvarkar och gluoner) som bygger upp protoner och neutroner ◮ . . . som bygger upp atomkärnor ◮ . . . som med elektroner bygger upp atomer ◮ . . . som bygger upp molekyler ◮ . . . som bygger upp celler ◮ . . . som bygger upp oss. (1 m) Higgs 6 Leif Lönnblad Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Vad studerar en partikelfysiker? ◮ De partiklar (kvarkar och gluoner) som bygger upp protoner och neutroner ◮ . . . som bygger upp atomkärnor ◮ . . . som med elektroner bygger upp atomer ◮ . . . som bygger upp molekyler ◮ . . . som bygger upp celler ◮ . . . som bygger upp oss. (1 m) Higgs 6 Leif Lönnblad Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Vad studerar en partikelfysiker? ◮ De partiklar (kvarkar och gluoner) som bygger upp protoner och neutroner ◮ . . . som bygger upp atomkärnor ◮ . . . som med elektroner bygger upp atomer ◮ . . . som bygger upp molekyler ◮ . . . som bygger upp celler ◮ . . . som bygger upp oss. (1 m) Higgs 6 Leif Lönnblad Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Vad studerar en partikelfysiker? ◮ De partiklar (kvarkar och gluoner) som bygger upp protoner och neutroner ◮ . . . som bygger upp atomkärnor ◮ . . . som med elektroner bygger upp atomer ◮ . . . som bygger upp molekyler ◮ . . . som bygger upp celler ◮ . . . som bygger upp oss. (1 m) Higgs 6 Leif Lönnblad Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Vad studerar en partikelfysiker? ◮ De partiklar (kvarkar och gluoner) som bygger upp protoner och neutroner ◮ . . . som bygger upp atomkärnor ◮ . . . som med elektroner bygger upp atomer ◮ . . . som bygger upp molekyler ◮ . . . som bygger upp celler ◮ . . . som bygger upp oss. (1 m) Higgs 6 Leif Lönnblad Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Vad studerar en partikelfysiker? ◮ De partiklar (kvarkar och gluoner) som bygger upp protoner och neutroner ◮ . . . som bygger upp atomkärnor ◮ . . . som med elektroner bygger upp atomer ◮ . . . som bygger upp molekyler ◮ . . . som bygger upp celler (10−5 m) ◮ . . . som bygger upp oss. (1 m) Higgs 6 Leif Lönnblad Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Vad studerar en partikelfysiker? ◮ De partiklar (kvarkar och gluoner) som bygger upp protoner och neutroner ◮ . . . som bygger upp atomkärnor ◮ . . . som med elektroner bygger upp atomer ◮ . . . som bygger upp molekyler (10−9 m) ◮ . . . som bygger upp celler (10−5 m) ◮ . . . som bygger upp oss. (1 m) Higgs 6 Leif Lönnblad Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Vad studerar en partikelfysiker? ◮ De partiklar (kvarkar och gluoner) som bygger upp protoner och neutroner ◮ . . . som bygger upp atomkärnor ◮ . . . som med elektroner bygger upp atomer (10−10 m) ◮ . . . som bygger upp molekyler (10−9 m) ◮ . . . som bygger upp celler (10−5 m) ◮ . . . som bygger upp oss. (1 m) Higgs 6 Leif Lönnblad Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Vad studerar en partikelfysiker? ◮ De partiklar (kvarkar och gluoner) som bygger upp protoner och neutroner ◮ . . . som bygger upp atomkärnor (10−15 m) ◮ . . . som med elektroner bygger upp atomer (10−10 m) ◮ . . . som bygger upp molekyler (10−9 m) ◮ . . . som bygger upp celler (10−5 m) ◮ . . . som bygger upp oss. (1 m) Higgs 6 Leif Lönnblad Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Vad studerar en partikelfysiker? ◮ De partiklar (kvarkar och gluoner) som bygger upp protoner och neutroner (10−18 m) ◮ . . . som bygger upp atomkärnor (10−15 m) ◮ . . . som med elektroner bygger upp atomer (10−10 m) ◮ . . . som bygger upp molekyler (10−9 m) ◮ . . . som bygger upp celler (10−5 m) ◮ . . . som bygger upp oss. (1 m) Higgs 6 Leif Lönnblad Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Mer än 99.9% av all massa finns koncentrerad i atomkärnorna Mer än 99% av kärnans massa finns i protoner och neutroner Men bara ett par procent av protonens massa består av kvarkar mp = 1 GeV≈ 1.7 · 10−27 kg mu ∼ 10 MeV 1 eV≈ 1.6 · 10−19 J Higgs 7 Leif Lönnblad Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Mer än 99.9% av all massa finns koncentrerad i atomkärnorna Mer än 99% av kärnans massa finns i protoner och neutroner Men bara ett par procent av protonens massa består av kvarkar mp = 1 GeV≈ 1.7 · 10−27 kg mu ∼ 10 MeV 1 eV≈ 1.6 · 10−19 J Higgs 7 Leif Lönnblad Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Det finns fyra krafter som påverkar materien: ◮ Gravitationen: Gµν + gµν Λ = 8πG Tµν c4 Einsteins Allmänna relativitetsteori ◮ Elektromagnetism och svag växelverkan: a − 1 B µν B LEW = − 14 Waµν Wµν / Qi + Li iD / Li µν + Q i iD 4 ◮ Stark växelverkan: LQCD = Ū(δµ − igs Gµa T a )γ µ U + D̄(δµ − igs Gµa T a )γ µ D Elektro-svag och stark växelverkan beskrivs av Standardmodellen för partikelfysik Grundas på kvantfältteori. Higgs 8 Leif Lönnblad Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Det finns fyra krafter som påverkar materien: ◮ Gravitationen: Gµν + gµν Λ = 8πG Tµν c4 Einsteins Allmänna relativitetsteori ◮ Elektromagnetism och svag växelverkan: a − 1 B µν B LEW = − 14 Waµν Wµν / Qi + Li iD / Li µν + Q i iD 4 ◮ Stark växelverkan: LQCD = Ū(δµ − igs Gµa T a )γ µ U + D̄(δµ − igs Gµa T a )γ µ D Elektro-svag och stark växelverkan beskrivs av Standardmodellen för partikelfysik Grundas på kvantfältteori. Higgs 8 Leif Lönnblad Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Det finns fyra krafter som påverkar materien: ◮ Gravitationen: Gµν + gµν Λ = 8πG Tµν c4 Einsteins Allmänna relativitetsteori ◮ Elektromagnetism och svag växelverkan: a − 1 B µν B LEW = − 14 Waµν Wµν / Qi + Li iD / Li µν + Q i iD 4 ◮ Stark växelverkan: LQCD = Ū(δµ − igs Gµa T a )γ µ U + D̄(δµ − igs Gµa T a )γ µ D Elektro-svag och stark växelverkan beskrivs av Standardmodellen för partikelfysik Grundas på kvantfältteori. Higgs 8 Leif Lönnblad Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Det finns fyra krafter som påverkar materien: ◮ Gravitationen: Gµν + gµν Λ = 8πG Tµν c4 Einsteins Allmänna relativitetsteori ◮ Elektromagnetism och svag växelverkan: a − 1 B µν B LEW = − 14 Waµν Wµν / Qi + Li iD / Li µν + Q i iD 4 ◮ Stark växelverkan: LQCD = Ū(δµ − igs Gµa T a )γ µ U + D̄(δµ − igs Gµa T a )γ µ D Elektro-svag och stark växelverkan beskrivs av Standardmodellen för partikelfysik Grundas på kvantfältteori. Higgs 8 Leif Lönnblad Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Det finns fyra krafter som påverkar materien: ◮ Gravitationen: Gµν + gµν Λ = 8πG Tµν c4 Einsteins Allmänna relativitetsteori ◮ Elektromagnetism och svag växelverkan: a − 1 B µν B LEW = − 14 Waµν Wµν / Qi + Li iD / Li µν + Q i iD 4 ◮ Stark växelverkan: LQCD = Ū(δµ − igs Gµa T a )γ µ U + D̄(δµ − igs Gµa T a )γ µ D Elektro-svag och stark växelverkan beskrivs av Standardmodellen för partikelfysik Grundas på kvantfältteori. Higgs 8 Leif Lönnblad Lund University ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN Standardmodellen för partikelfysik Kvarkar d d̄ u ū s s̄ c c̄ b b̄ t t̄ Krafter Z W± 0 γ Higgs Leptoner e− e+ νe ν̄e µ− µ+ νµ ν̄µ τ − τ + ντ ν̄τ 9 Leif Lönnblad g Lund University ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN Standardmodellen för partikelfysik Kvarkar d d̄ u ū s s̄ c c̄ b b̄ t t̄ Krafter Z W± 0 γ Higgs Leptoner e− e+ νe ν̄e µ− µ+ νµ ν̄µ τ − τ + ντ ν̄τ 9 Leif Lönnblad g Lund University ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN Standardmodellen för partikelfysik Kvarkar d d̄ u ū s s̄ c c̄ b b̄ t t̄ Krafter Z W± 0 γ Higgs Leptoner e− e+ νe ν̄e µ− µ+ νµ ν̄µ τ − τ + ντ ν̄τ 9 Leif Lönnblad g Lund University ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN Standardmodellen för partikelfysik Kvarkar d d̄ u ū s s̄ c c̄ b b̄ t t̄ Krafter Z W± 0 γ Higgs Leptoner e− e+ νe ν̄e µ− µ+ νµ ν̄µ τ − τ + ντ ν̄τ 9 Leif Lönnblad g Lund University ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN Standardmodellen för partikelfysik Kvarkar d d̄ u ū s s̄ c c̄ b b̄ t t̄ Krafter Z W± 0 γ Higgs Leptoner e− e+ νe ν̄e µ− µ+ νµ ν̄µ τ − τ + ντ ν̄τ 9 Leif Lönnblad g Lund University ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN Peter Higgs Higgs 10 Leif Lönnblad Lund University ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN Peter Higgs µ2 λ 1 LH = − [(δµ − iWµa t a − iBµ )φ]2 − φ⋆ φ − (φ⋆ φ)2 2 2 4 Higgs 10 Leif Lönnblad Lund University ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN Higgs 11 Leif Lönnblad Lund University ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN Higgs 11 Leif Lönnblad Lund University ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN → Higgs ← 11 Leif Lönnblad Lund University ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN → Higgs ← 11 Leif Lönnblad Lund University ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN CERN Higgs 12 Leif Lönnblad Lund University ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN ATLAS Higgs 13 Leif Lönnblad Lund University ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN Higgs 14 Leif Lönnblad Lund University ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN Higgs 15 Leif Lönnblad Lund University ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN Standardmodellen för ALLT? Kvarkar d d̄ u ū s s̄ c c̄ b b̄ t t̄ γ Higgs Leptoner e− e+ νe ν̄e µ− µ+ νµ ν̄µ τ − τ + ντ ν̄τ Krafter Z0 W± g 16 Leif Lönnblad Massa H Lund University ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN Higgs 17 Leif Lönnblad Lund University ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN Higgs 18 Leif Lönnblad Lund University