MASSOR! - Lunds universitet

Hur mycket betyder Higgs partikeln?

MASSOR! Leif Lönnblad Institutionen för Astronomi och teoretisk fysik Lunds Universitet

Kulturnatten, 12.09.15

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 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 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 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 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

Gravitationen

Enligt Newton: F

= mg = G

mM r2

Enligt Einstein: Gµν + gµν Λ =

8πG Tµν c4

Den Allmänna relativitetsteorin

Higgs

8

Leif Lönnblad

Lund University

ˇ

Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen

Gravitationen

Enligt Newton: F

= mg = G

mM r2

Enligt Einstein: Gµν + gµν Λ =

8πG Tµν c4

Den Allmänna relativitetsteorin

Higgs

8

Leif Lönnblad

Lund University

ˇ

Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen

Elektromagnetism Elektricitet: F ∝α

q1 q2 r2

Elektromagnetism enligt Maxwell: ¯ = 0, ∇E ¯ = 0, ∇B

¯ ¯ = − δB ∇×E δt ¯ 1 δE ¯= ∇×B c 2 δt

Elektro-svag växelverkan: 1 1 a − B µν Bµν + Q i iD / Qi + Li iD / Li LEW = − Waµν Wµν 4 4 Higgs

9

Leif Lönnblad

Lund University

ˇ

Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen

Elektromagnetism Elektricitet: F ∝α

q1 q2 r2

Elektromagnetism enligt Maxwell: ¯ = 0, ∇E ¯ = 0, ∇B

¯ ¯ = − δB ∇×E δt ¯ 1 δE ¯= ∇×B c 2 δt

Elektro-svag växelverkan: 1 1 a − B µν Bµν + Q i iD LEW = − Waµν Wµν / Qi + Li iD / Li 4 4 Higgs

9

Leif Lönnblad

Lund University

ˇ

Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen

Elektromagnetism Elektricitet: F ∝α

q1 q2 r2

Elektromagnetism enligt Maxwell: ¯ = 0, ∇E ¯ = 0, ∇B

¯ ¯ = − δB ∇×E δt ¯ 1 δE ¯= ∇×B c 2 δt

Elektro-svag växelverkan: 1 1 a − B µν Bµν + Q i iD / Qi + Li iD / Li LEW = − Waµν Wµν 4 4 Higgs

9

Leif Lönnblad

Lund University

ˇ

Vad är massa? Partikelfysik Standardmodellen

Den starka kärnkraften

Quantum Chromo-Dynamics: ¯ µ − igs Ga T a )γ µ U + D(δ ¯ µ − igs Ga T a )γ µ D LQCD = U(δ µ µ

Higgs

10

Leif Lönnblad

Lund University

ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN ˇ

Standardmodellen för partikelfysik

Kvarkar ¯ d d¯ u u s s¯ c c¯ ¯ t ¯t bb

Krafter Z W± 0

γ

Higgs

Leptoner e− e+ νe ν¯e µ− µ+ νµ ν¯µ τ − τ + ντ ν¯τ

11

Leif Lönnblad

g

Lund University

ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN ˇ

Standardmodellen för partikelfysik

Kvarkar ¯ d d¯ u u s s¯ c c¯ ¯ t ¯t bb

Krafter Z W± 0

γ

Higgs

Leptoner e− e+ νe ν¯e µ− µ+ νµ ν¯µ τ − τ + ντ ν¯τ

11

Leif Lönnblad

g

Lund University

ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN ˇ

Standardmodellen för partikelfysik

Kvarkar ¯ d d¯ u u s s¯ c c¯ ¯ t ¯t bb

Krafter Z W± 0

γ

Higgs

Leptoner e− e+ νe ν¯e µ− µ+ νµ ν¯µ τ − τ + ντ ν¯τ

11

Leif Lönnblad

g

Lund University

ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN ˇ

Standardmodellen för partikelfysik

Kvarkar ¯ d d¯ u u s s¯ c c¯ ¯ t ¯t bb

Krafter Z W± 0

γ

Higgs

Leptoner e− e+ νe ν¯e µ− µ+ νµ ν¯µ τ − τ + ντ ν¯τ

11

Leif Lönnblad

g

Lund University

ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN ˇ

Standardmodellen för partikelfysik

Kvarkar ¯ d d¯ u u s s¯ c c¯ ¯ t ¯t bb

Krafter Z W± 0

γ

Higgs

Leptoner e− e+ νe ν¯e µ− µ+ νµ ν¯µ τ − τ + ντ ν¯τ

11

Leif Lönnblad

g

Lund University

ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN ˇ

Peter Higgs

Higgs

12

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

12

Leif Lönnblad

Lund University

ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN ˇ

Higgs

13

Leif Lönnblad

Lund University

ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN ˇ

Higgs

13

Leif Lönnblad

Lund University

ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN ˇ

→

Higgs

←

13

Leif Lönnblad

Lund University

ˆ Partikelfysik Standardmodellen CERN ˇ

→

Higgs

←

13

Leif Lönnblad

Lund University

ˆ Standardmodellen CERN Bortom Standardmodellen

CERN

Higgs

14

Leif Lönnblad

Lund University

ˆ Standardmodellen CERN Bortom Standardmodellen

LHC

Higgs

15

Leif Lönnblad

Lund University

ˆ Standardmodellen CERN Bortom Standardmodellen

ATLAS

Higgs

16

Leif Lönnblad

Lund University

ˆ Standardmodellen CERN Bortom Standardmodellen

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

Bortom Standardmodellen

◮

Varför tre kopior av alla partiklar?

◮

Var är alla antipartiklar?

◮

Varför olika massor?

◮

Varför fyra olika krafter?

Higgs

20

Leif Lönnblad

Lund University

ˆ Standardmodellen CERN Bortom Standardmodellen

Higgs

21

Leif Lönnblad

Lund University

ˆ Standardmodellen CERN Bortom Standardmodellen

Higgs

22

Leif Lönnblad

Lund University

ˆ Standardmodellen CERN Bortom Standardmodellen

REA! Nu endast 20 000 000 000 kr! Higgs

22

Leif Lönnblad

Lund University