Higgs-Boson

Higgs · Gast

Meine Frage:
Wie sicher ist man sich der Existenz des Higgs-Bosons und dem damit verbundenen Higgs-Feld?
Kann man in Prozent ausdrücken, mit welcher Wahrscheinlichkeit es sich im letzten Jahr bei dem entdeckten Teilchen auch um das Higgs-Teilchen handelt?

Meine Ideen:
Müsste bei 4,9 Sigma liegen. Aber was bedeutet das?

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8583

Im wesentlichen genauso sicher wie man sich bei der Existenz aller anderen Teilchen des Standard Modells ist. Die statistische Signifikanz liegt mittlerweile bei weit über 5 Sigma. Mittlerweile sind schon viele einzelne Kanäle ueber 5 Sigma und kombiniert ist man wohl bei 7-8 wuerd ich schätzen.

Zur Bedeutung:
http://www.imme2000.de/dokumente/Formelsammlungen/Statistik/Formelsammlung_Statistik_e.pdf
...auch wenn es im Experiment dann etwas komplizierter ist.

MI · Anmeldungsdatum: 03.11.2004 Beiträge: 828 Wohnort: München

Die Frage umfasst mehrere Teilfragen.

Die erste Frage ist: Wie sicher ist man sich, dass man ein Teilchen entdeckt hat? Das ist die einfachste Frage: Es gibt eine >5 Sigma Signifikanz in den beiden Experimenten ATLAS und CMS, die in dem Bereich, wo das Teilchen gefunden wurde, messen können. Was heißt das?
Das bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit, dass das Ergebnis aus zufälligen Fluktuationen entstanden ist, sehr gering ist - außerhalb des 5-sigma Konfidenzintervalls, d.h. die Wahrscheinlichkeit, dass es sich um eine statistische Anomalie handelt liegt bei < 0.00005% - ab solchen Werten hat es sich in der Physik eingebürgert, von einer "Entdeckung" zu sprechen. Das war letztes Jahr, ich vermute also, bei Durchsicht von 2.5 mal soviel Daten (sagt das Cern) kannst du noch die ein oder andere Null dazwischenfügen Augenzwinkern

.

Die nächste Frage ist: Ist das Teilchen ein Higgs-Boson? Es ist wohl ziemlich sicher, dass es ein Boson ist, Spin 0 hat und positive Parität hat. Wie sicher das genau ist, weiß ich nicht, aber wenn der Physiker von "ziemlich sicher" redet, dann heißt das auch hier vermutlich wieder 99.%. Zudem ist das Teilchen in den erwarteten Kanälen aufgetaucht. Es gibt also bisher nichts, was nicht mit dem vorausgesagten Verhalten des Higgs-Bosons vorhersagt.
Wir wissen also zu sagen wir >99% (vermutlich >99.9), dass es ein Teilchen gibt, was so aussieht, wie das Higgsteilchen. Ob es ein bisschen anders ist und vielleicht nur eines von vielen Teilchen ist - das kann zum jetzigen Zeitpunkt niemand sagen.

Die letzte Frage wäre, ob es DAS Higgsteilchen (oder eines von vielen) ist, wie es die Theorie vorhergesagt hat, also insbesondere, ob es auch die Funktionen erfüllt, die der Mechanismus vorhersagt. Das kann man nicht direkt schließen, aber es wäre schon verdammt unwahrscheinlich, dass man ein Teilchen findet, was niemand vorausgesagt hat, was genauso aussieht wie das Higgsteilchen, aber eigentlich was ganz anderes ist.

Gruß
MI

Higgs · Gast

Ist es sicher, dass die statistische Signifikanz des Higgs-Bosons heute über 5 Sigma liegt?
Ich vermute mal, dass noch einige Daten ausgewertet werden mussten, vielleicht wurden die Proton-Proton-Kollisionen auch wiederholt.

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8583

100% sicher.

Higgs · Gast

Liegt es daran, dass noch Daten ausgewertet werden mussten? Denn vor einem Jahr war es noch bei 4,9 Sigma.

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8583

Ja, seitdem ist mehr als das Doppelte an Daten ausgewertet worden. Darum ist die Signifikanz mittlerweile wie gesagt weit über 5 Sigma

Higgs · Gast

Hast du vielleicht noch einen Link, wo man das nochmal nachlesen kann?

Higgs · Gast

In der deutschen Wikipedia steht, dass im nach Analyse weiterer Daten im März 2013 die Vermutung bekräftigt werden konnte, sie gilt aber noch nicht als endgültig bestätigt.
Warum ist das so? Müsste die Signifikanz bei über 5 Sigma nicht ausreichend sein?

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8583

http://susy2013.ictp.it/lecturenotes/02_Tuesday/Vossebeld.pdf
Seite 8: Kanal Higgs -> 2 Photonen = 7.4sigma
Seite 11: Higgs -> ZZ -> 4l = 6.6sigma

Fuer die Kombination aller verschiedenen Kanäle find ich gerade keine Angabe mehr, aber die ist dementsprechend noch etwas höher.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

Laut Prof. Heuer ist man sicher (= Signifikanz ist hoch genug), dass ein higgsartiges Teilchen entdeckt wurde; man ist sich noch nicht sicher, ob es genau das Higgs des SM ist, oder evtl. ein Familienmitglied einer ganzen Familie z.B. im Rahmen des MSSM.

Higgs · Gast

Aber das higgsartige Teilchen liegt doch genau in dem Energiebereich (125-126 GeV) in dem man es erwartet hat. Das ist doch ein gutes Indiz.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

Higgs · Gast

Die Energie eines Elektrons liegt lediglich bei 0,511 MeV. Die des Higgs-Bosons liegt bei 125 GeV. Das sind doch gewaltige Unterschiede. Um das Higgs-Boson zu erzeugen musste man erst mal diese gewaltige Energie aufbringen. Ist das der Grund, warum das Higgs-Boson erst so spät entdeckt wurde?

Hohe Energie bedeutet doch hohe Masse gemäß E0=mc^2

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

Ja, so in etwa, es ist aber noch etwas komplizierter.

In einer Proton-Proton-Kollision steht nicht die volle Energie zur Verfügung, sondern nur der Bruchteil einer Quark-Quark-Kollision. Außerdem entsteht aufgrund der komplexen Struktur des Protons nicht einfach nur ein sauberes Signal mit einem Higgs, sondern ein Haufen Dreckeffekte mit hunderten anderer Teilchen.

Aber du hast recht, die hohe Energie war die Ursache, dass es erst am LHC identifiziert werden konnte.

Higgs · Gast

Teilchenbeschleuniger nutzen also das Prinzip E0=m0c^2
Oder sollte man besser mit der relativistischen Gesamtenergie argumentieren?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

Letzteres

Higgs · Gast

Ich habe gelesen, dass beim LHC die Protonen jeweils auf 7 TeV beschleunigt werden. Ist diese Energie dann die relativistische Gesamtenergie, abhängig vom relativistischen Impuls?
Diese Gesamtenergie verteilt sich dann auf die verschiedenen Teilchen, die während dieser Kollision entstehen.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079

Ja. Die Quarks tragen jeweils nur einen Bruchteil der Energie.

Higgs · Gast

Und die insgesamt 14 TeV sind die relativistische Gesamtenergie?

Ich · Anmeldungsdatum: 11.05.2006 Beiträge: 913 Wohnort: Mintraching

Higgs · Gast

Und die insgesamt 14 TeV sind die relativistische Gesamtenergie?

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8583

Higgs · Gast

Es geht bei Teilchenbeschleunigern gar nicht um die Ruheenergie, sondern immer um die relativistische Gesamtenergie. Diese ist wieder abhängig vom relativistischen Impuls. Die Teilchen werden auf Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, so steigt also der relativ. Impuls.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18079