Hur mycket betyder Higgs partikeln? MASSOR! Leif Lönnblad Institutionen för Astronomi och teoretisk fysik Lunds Universitet S:t Petri, 12.09.05 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 http://htwins.net/scale2/ 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 7 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 7 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 7 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 7 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 7 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 7 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 7 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 7 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 7 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 7 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 7 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 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 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 8 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 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 8 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 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 8 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 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 8 Leif Lönnblad Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Gravitationen Enligt Newton: F = mg = G F = ma mM r2 Enligt Einstein: Gµν + gµν Λ = 8πG Tµν c4 Den Allmänna relativitetsteorin Higgs 9 Leif Lönnblad Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Gravitationen Enligt Newton: F = mg = G F = ma mM r2 Enligt Einstein: Gµν + gµν Λ = 8πG Tµν c4 Den Allmänna relativitetsteorin Higgs 9 Leif Lönnblad Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Gravitationen Enligt Newton: F = mg = G F = ma mM r2 Enligt Einstein: Gµν + gµν Λ = 8πG Tµν c4 Den Allmänna relativitetsteorin Higgs 9 Leif Lönnblad Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Elektromagnetism Elektricitet: F ∝α q1 q2 r2 Elektromagnetism enligt Maxwell: ∇Ē = 0, ∇B̄ = 0, δ B̄ δt 1 δ Ē ∇ × B̄ = 2 c δt ∇ × Ē = − Elektro-svag växelverkan: 1 1 a − B µν Bµν + Q i iD / Qi + Li iD / Li LEW = − Waµν Wµν 4 4 Higgs 10 Leif Lönnblad Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Elektromagnetism Elektricitet: F ∝α q1 q2 r2 Elektromagnetism enligt Maxwell: ∇Ē = 0, ∇B̄ = 0, δ B̄ δt 1 δ Ē ∇ × B̄ = 2 c δt ∇ × Ē = − Elektro-svag växelverkan: 1 1 a − B µν Bµν + Q i iD LEW = − Waµν Wµν / Qi + Li iD / Li 4 4 Higgs 10 Leif Lönnblad Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Elektromagnetism Elektricitet: F ∝α q1 q2 r2 Elektromagnetism enligt Maxwell: ∇Ē = 0, ∇B̄ = 0, δ B̄ δt 1 δ Ē ∇ × B̄ = 2 c δt ∇ × Ē = − Elektro-svag växelverkan: 1 1 a − B µν Bµν + Q i iD / Qi + Li iD / Li LEW = − Waµν Wµν 4 4 Higgs 10 Leif Lönnblad Lund University ˇ Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen Den starka kärnkraften Quantum Chromo-Dynamics: LQCD = Ū(δµ − igs Gµa T a )γ µ U + D̄(δµ − igs Gµa T a )γ µ D Higgs 11 Leif Lönnblad Lund University ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN ˇ 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 12 Leif Lönnblad g Lund University ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN ˇ 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 12 Leif Lönnblad g Lund University ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN ˇ 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 12 Leif Lönnblad g Lund University ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN ˇ 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 12 Leif Lönnblad g Lund University ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN ˇ 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 12 Leif Lönnblad g Lund University ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN ˇ Peter Higgs Higgs 13 Leif Lönnblad Lund University ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN ˇ Peter Higgs 1 µ2 λ LH = − [(δµ − iWµa t a − iBµ )φ]2 − φ⋆ φ − (φ⋆ φ)2 2 2 4 Higgs 13 Leif Lönnblad Lund University ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN ˇ Higgs 14 Leif Lönnblad Lund University ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN ˇ Higgs 14 Leif Lönnblad Lund University ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN ˇ → Higgs ← 14 Leif Lönnblad Lund University ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN ˇ → Higgs ← 14 Leif Lönnblad Lund University ˆ Standardmodellen CERN Bortom Standardmodellen CERN Higgs 15 Leif Lönnblad Lund University ˆ Standardmodellen CERN Bortom Standardmodellen LHC Higgs 16 Leif Lönnblad Lund University ˆ Standardmodellen CERN Bortom Standardmodellen ATLAS Higgs 17 Leif Lönnblad Lund University ˆ Standardmodellen CERN Bortom Standardmodellen Higgs 18 Leif Lönnblad Lund University ˆ Standardmodellen CERN Bortom Standardmodellen Higgs 19 Leif Lönnblad Lund University ˆ Standardmodellen CERN Bortom Standardmodellen Higgs 20 Leif Lönnblad Lund University ˆ Standardmodellen CERN Bortom Standardmodellen Bortom Standardmodellen ◮ Varför tre kopior av alla partiklar? ◮ Var är alla antipartiklar? ◮ Varför olika massor? ◮ Varför fyra olika krafter? Higgs 21 Leif Lönnblad Lund University ˆ Standardmodellen CERN Bortom Standardmodellen Higgs 22 Leif Lönnblad Lund University ˆ Standardmodellen CERN Bortom Standardmodellen Higgs 23 Leif Lönnblad Lund University ˆ Standardmodellen CERN Bortom Standardmodellen REA! Nu endast 20 000 000 000 kr! Higgs 23 Leif Lönnblad Lund University