SCHWAR_A· 01.02.11 · 19:20 Uhr

Es gibt doch bestimmt einen Zusammenhang zwischen der Beschleuniger-Energie, hier 2 x 7 TeV, und der damit erreichbaren 'Auflösung', also der Energie von Teilchen, die dadurch entdeckt werden können. Bis zu welcher Teilchen-Energie kommt man denn inzwischen?

 Christian J.· 01.02.11 · 19:32 Uhr

Bei Hadronenbeschleunigern wie dem LHC ist das nicht so leicht zu beantworten. Das Problem ist, dass nicht die Protonen selber kollidieren sondern die Quarks und Gluonen aus denen das Proton besteht und die haben eine Verteilung von Energie. Wenn man also Glueck hat, kollidieren zwei Stueck miteinander, die je eine sehr hohe Energie hat und kommt damit zu recht hohen Energien (so ein paar TeV). Das passiert natuerlich seltener als das zwei niederenergetische miteinander kollidieren, deswegen wollen wir ja eine moeglichst hohe Datenrate.

 edlonle· 01.02.11 · 20:39 Uhr

Oh jemine...ich hör schon die Unken rufen:

"Der LHC läuft bis zum 21.12.2012 ? ach nee...und Ihr wollt uns weiß machen dass es dann keinen Weltuntergang gäbe"

Der 21.12. war übrigens der Hochzeitstag mit meiner Ex...durchaus mit einem Weltuntergang zu vergleichen.

Ja nee, mal im Ernst jetzt. Hab mich ehrlich gesagt schon gewundert warum sie Ihn schon wieder abschalten wollten. Bin froh dass wir noch ne Weile Daten erwarten dürfen. Hoffentlich das Higgs-Boson oder ein MBH.

Gruß
edlonle

 SCHWAR_A· 02.02.11 · 07:47 Uhr

Mir geht es um die Ruhe-Energie des Higgs-Teilchens, die derzeit ja noch recht ungenau abgeschätzt ist. Welche Energie dürfte es tatsächlich maximal haben, um im LHC noch entdeckt zu werden?

Die Prozesse, die bei Protonen-Kollisionen auftreten, scheinen kompliziert zu sein. Vielleicht wäre das ja mal ein Artikel wert? Ich würde mich freuen...

 Tom· 02.02.11 · 10:43 Uhr

@SCHWAR_A:

Um den gesamten theoretischen Massenbereich des Higgs-Bosons abzudecken, benötigt man etwa 1 TeV im System der harten Parton-Parton-Reaktion (Partonen, das sind die Quarks und Gluonen). Leider kollidieren beim LHC nicht Partonen sondern Protonen, so dass nun diese Zahl mit der Protonenergie in Verbindung gebracht werden muss. Der Zusammenhang ist recht kompliziert (das läuft unter dem Thema Protonstrukturfunktionen), aber glücklicherweise gibt es hier eine recht - wie ich finde - anschauliche Faustformel:

In einem Proton tragen die alle Quarks und Gluonen zusammen jeweils etwa 50% des Impulses. In diesem VEREINFACHTEN Bild gibt es nun drei Quarks im Proton, die untereinander mit einem Gluon verbunden sind (also auch drei Gluonen). D.h. jedes einzelne Quark oder Gluon trägt etwa 1/6 (=50%*1/3) des Protonimpulses.

Für die Higgs-Produktion kollidieren nun zwei Parton aus Protonen der umlaufenden Strahlen(*), so dass also zweimal 1/6 des Protonimpulses für die Reaktion zur Verfügung stehen. Dies muss nun etwa 1 TeV ergeben, um wie gesagt den gesamten theoretischen für das Higgs-Boson abzudecken. Damit muss die Energie des Beschleunigers also schon mal mindestens bei 6 TeV oder 3 TeV pro Protonstrahl liegen, damit der LHC den gesamten interessanten Massenbereich abdeckt.

Mit der Designenergie von 7 TeV pro Strahl liegt man also gut dabei, trägt der Tatsache Rechnung, dass die Kinematik der Reaktion etwas komplexer ist, und hat auch noch etwas Potenzial für andere Fragestellungen im Bereich der Physik an der TeV-Energieskala. Diese 7 TeV sind weiterhin dadurch bestimmt, dass der LHC in einen existierenden unterirdischen Tunnel gebaut worden ist, was die maximal erreichbare Feldstärke der Ablenkmagneten im Tunnel ist, etc.

Du siehts, das Problem ist insgesamt etwas komplexer ;-)

(*) Obwohl pro Strahl etwa 10e11 Proton potenziell kollidieren können, fliegen die Teilchen im wesentlichen aneinander vorbei, bzw. für die Reaktion ist nur die Kollision eines einzigen Protons aus dem einen mit einem einzigen Proton aus dem anderen Strahl relevant.

 SCHWAR_A· 02.02.11 · 13:38 Uhr

Vielen Dank, Tom, für die ausführliche Erklärung.

Mir ist trotzdem noch nicht klar, wie die von Dir genannten Higgs-erforderlichen 1TeV mit der Ruhe-Energie des Higgs-Teilchens von sagen wir mal evt. 250GeV im Zusammenhang steht.
Oder bedeutet die 1TeV direkt, daß man Higgs-Teilchen auch bis zu einer Ruhe-Energie von 1TeV detektieren würde?
Wo liegt die obere Grenze für die Ruhe-Energie eines detektierbaren Teilchens im Fall von 2 x 3.5TeV?

Ich frage deshalb, weil im engl. Wikipedia-Artikel http://en.wikipedia.org/wiki/Higgs_boson ziemlich unklar zu sein scheint, welche Energie denn das Teilchen nun hat. Es ist sogar >185GeV durch das Standard-Modell bereits ausgeschlossen, was m.E. aber erst experimentell überprüft gehört, eben zB. unter der Annahme einer Higgs-Ruheenergie von mindestens 240GeV. Reicht der LHC dafür aus?

 Christian J.· 02.02.11 · 14:00 Uhr

Nun Deterktierbarkeit haengt ja nicht nur von der Strahlenergie ab. Um das Teilchen zweifelsfrei nachzuweisen muessen natuerlich genuegend Higgse produziert werden um sicherzugehen, dass es auch wirklich ein Higgs war und nicht einfach etwas "normales" was durch Zufall so aussah. Je schwerer das Higgs nun ist, desto seltener wird es prouziert, und je hoeher die Strahlsenergie ist desto wahrscheinlicher wird es prouziert.

Die Strahlenergie des LHC reicht dicke aus um den Massenbereich in dem Wikipediaartikel abzudecken. Man kommt da auch bis grob nem TeV problemlos hoch, in dem Bereich wird es aber unwahrscheinlich dass in 2 Jahren genuegend Higsse fuer den Nachweis produziert werden. (Schau z.B. mal hier nach: http://www.science20.com/quantum_diaries_survivor/lhc_will_run_7_tev_2011_and_2012-75788 ) da gibts ganz schoene Bilder was bis Ende 2012 so zu erwarten ist.

 SCHWAR_A· 02.02.11 · 14:19 Uhr

Vielen Dank, Christian, das ist ein wirklich informativer Hinweis.
Ich lese daraus, daß, obwohl das Standard-Modell eigentlich keine Higgs-Teilchen oberhalb von 186GeV erwarten läßt, trotzdem entsprechende Ereignisse detektiert und eingeordnet werden können. Korrekt?

Was passiert denn in so einem Fall mit dem Standard-Modell? Gibt es da einfach ein paar Stellschrauben, an denen man sozusagen feintunen kann, sodaß die erwartete Higgs-Ruhe-Energie genau beim gemessenen Wert zu liegen kommt?

 Christian J.· 02.02.11 · 15:22 Uhr

Was passieren wird ist das zwei drittel der Theorethiker aufspringen wird und schreit "Das ist genau das was meine Theorie vorhergesagt hat"...

Spass beiseite, dieser hoehere Bereich wird durch Vorhersagen des Standardmodells ausgeschlossen (nicht beliebig gut, aber schon). Was bedeutet das? Das bedeutet, dass man im Standardmodell ein wenig rechnen kann und dann aus anderen Parametern des Standardmodells, die man schon messen kann (beispielsweise die Masse des Top-Quarks) ausrechnen kann, welche Werte die Higssmasse haben kann, damit alles zueinander passt.

Wenn man dann misst, dass das nicht passt bedeutet ganz einfach, dass dieser Teil des Standardmodells falsch (nicht gut genug) ist. Man wird es erweitern muessen, und es gibt schon einige Modelle die ueber das Standardmodell hinaus gehen und auch ganz andere Higgsmassen vorhersagen. Die Aufgabe dann wird sein, herauszufinden welches dieser Modelle denn am Besten zu den Daten passt oder ob man andere Messungen braucht, oder gar voellig neue Modelle. Aber das nennen wir Wissenschaft ;)

 SCHWAR_A· 02.02.11 · 18:14 Uhr

Danke, Christian, ich bin mal gespannt, was dabei 'rauskommt...

Vor langer Zeit habe ich mal irgendwo gelesen, daß die Higgs-Masse gleich dem wurzel-2-fachen der Top-Masse ist. Aufgrund der Top-Masse-Messungen von 170.9+-1.8GeV ist demnach die Higgs-Masse 241.7+-2.5GeV. Was ist davon eigentlich zu halten? Diese Theorie scheint wohl nicht aus dem Standard-Modell zu kommen - ich kann sie auch nicht wiederfinden im Netz...

Interessant ist das deswegen, weil ja auch die W- und Z-Bosonen dann relativ einfach in eine Wurzel-Reihe gebracht werden können:

   sqrt(1): 241.256 GeV Higgs-Boson
   sqrt(2): 170.594 GeV Top-Quark
   sqrt(7):   91.186 GeV Z-Boson
   sqrt(9):   80.419 GeV W-Boson

Daß das Zufall ist, bei der Genauigkeit, bezweifle ich sehr. Alles deutet auf Resonanzen mit kleinen Primfaktoren hin.

Allerdings vermisse ich ein sqrt(5)-Teilchen der Masse 107.893GeV - sollte es eigentlich auch geben, außer, die Resonanz mit 5 ist etwas Besonderes...

Beim googeln stelle ich gerade fest, daß 107.9GeV anscheinend vor 10 Jahren ein heißer Favorit für die Higgs-Masse war... Welches Teilchen ist das also heute im Zoo?

 SCHWAR_A· 04.02.11 · 12:20 Uhr

Hallo? Irgendwer noch interessiert? Ist das mit der srqt-Reihe bereits allgemein bekannt (nur mir nicht) und antwortet deswegen keiner? Auch Antworten wie 'Ist quatsch, weil...' oder 'Interessant - bitte warten...' wären akzeptabel...

 MartinB· 04.02.11 · 12:55 Uhr

@SCHWAR_A
Hmm, da haben wir also drei Parameter (masse Top, W und Z, Higgs ist ja ne Folgerung), für die sich eine halbwegs einfache Beziehung finden lässt. Find ich jetzt nicht so beeindruckend, wenn man überlegt, wieviele freie Parameter man da hat (Warum ne Wurzel, warum gerade 2 7 und 9 (wenn Primzahlen, wo ist die 3, wo ist die 5)usw)?

 SCHWAR_A· 04.02.11 · 14:36 Uhr

Danke, Martin. Aber gerade weil man so viele freie Parameter hat, dachte ich, ist es durchaus sehr beeindruckend, daß da ein so einfacher Zusammenhang zu bestehen scheint. Diese Reihe hat sogar noch ein paar mehr Teichen - auch B0, Charm, Tau, Myon und Proton haben hier ganzzahlige Werte.

Für die Auswahl (1,2,7,9...) der ganzzahligen Faktoren habe ich allerdings aus dem Stegreif auch keine genaue Vorstellung. Könnte vielleicht was mit Schwingungs-Moden, symmetrischen 'Kugel-Klangfiguren' zu tun haben... Einige resonieren besser mit der Umgebungsstrahlung als andere... (Sind nur bloße Ideen, nichts Klares...)

 Jörg· 04.02.11 · 16:20 Uhr

Zahlenmystik