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Study of the ElectroWeak Symmetry Breaking and the Higgs Sector with the ATLAS detector at the LHC

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Eingehendere Untersuchung von Eigenschaften des Higgs-Bosons

Ein EU-finanziertes Projekt leistete einen Beitrag für eingehendere Untersuchungen von Eigenschaften des Higgs-Bosons, um die Natur des vor Kurzem entdeckten Teilchens näher zu beleuchten.

Grundlagenforschung

Eine spontane elektroschwache Symmetriebrechung, der Higgs-Mechanismus, wurde in den 1960er Jahren eingeführt, um die Formulierung des Standardmodells der Teilchenphysik zu vervollständigen, indem erklärt wurde, wie die W- und Z-Bosonen ihre Masse gewinnen. In der einfachsten Implementierung des Higgs-Mechanismus ist das Higgs-Boson eine unmittelbare experimentelle Folge. Fermionenmassen im Standardmodell werden durch Yukawa-Kopplungen im Higgs-Feld erzeugt. Das EU-finanzierte Projekt EWSB leistete einen Beitrag zu näheren Untersuchungen der Higgs-Boson-Eigenschaften. Die Forscher analysierten ATLAS-Daten zur Messung der Higgs-Bosonen-Masse sowie die Kopplung des Teilchens an Z-Bosonen mithilfe des „h→ZZ“-Zerfalls. Dies ist ein wichtiger Test für den Mechanismus der elektroschwachen Symmetriebrechung, den Forscher als Bezugspunkt für die anderen Zerfallskanäle des Higgs-Bosons nutzen können. Die Forschung basierte auf den „LHC Run 1“-Daten zur Messung der Higgs-Bosonen-Masse. Die Masse des Higgs-Teilchens wurde gemessen und als die Messung der ATLAS Collaboration mit der Messung der CMS Collaboration kombiniert wurde, ergab sich eine Masse von 125,09 GeV mit einer Präzision von 0,2 %. Das Team kategorisierte zudem die beobachteten „H->ZZ*->4l“-Ereignisse zur Messung der Higgs-Bosonen-Produktionsraten in exklusiven Endzuständen, in denen bestimmte Produktionsmechanismen verstärkt sind, sodass substanzielle Verbesserungen der Messsensitivität erzielt werden. Es wurde ferner festgestellt, dass das Higgs-Teilchen so wie vom Standardmodell prognostiziert ein skalares Boson ist. Bis dato sind die Prognosen des Standardmodells mit den verfügbaren Messungen kompatibel. Das Forschungsteam leistete gleichzeitig einen Beitrag zu neuen Suchen in Bezug auf die Produktion eines Higgs-Bosonen-Paars, um die Higgs-Bosonen-Selbstkopplung zu prüfen, ein wichtiger Test für den Mechanismus der elektroschwachen Symmetriebrechung. Im Rahmen von EWSB wurden auf Grundlage der exklusiven Zerfalls des Higgs-Bosons in ein J/ψ-Meson und ein Photon die ersten direkten experimentellen Einschränkungen für die Kopplung des Charm-Quarks an das Higgs-Boson ermittelt. Mit Blick auf die Zukunft hat das EWSB-Team durch ein Bestrahlungsprogramm am medizinischen Zyklotron der University of Birmingham und durch Untersuchungen zur voraussichtlichen Leistung einen Beitrag zur Vorbereitung des ATLAS-Inner-Tracker-Upgrades für den LHC-Teilchenbeschleuniger mit hoher Luminosität geleistet.

Schlüsselbegriffe

Higgs-Boson, Standardmodell, elektroschwache Symmetriebrechung, Yukawa-Kopplungen, EWSB

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