Wie werden das Standardmodell und das Higgs-Boson eigentlich experimentell in der Praxis bestätigt?

Typischerweise lösen wir eine partielle Differentialgleichung (analytisch, wenn wir können, aber oft können wir nur numerische Berechnungen durchführen), wobei wir in die Eingabe des Problems die bekannten Größen eingeben

Die Physik begann mit Beobachtungen der Natur, und es entwickelte sich eine Mathematik, die die Beobachtungen und Messungen modellieren und zukünftige Einrichtungen vorhersagen konnte.

Beginnend mit der Geometrie von BC, die sich aus den Bedürfnissen der Messung und Planung der Landnutzung entwickelte, bis zu den astronomischen Beobachtungen, die vom geozentrischen zum heliozentrischen System gingen, entwickelten sich die mathematischen Modelle der Physik langsam und waren meist algebraische Gleichungen.

Mit Newton wurden Differentialgleichungen und Analysis zum Hauptwerkzeug für die Modellierung von Beobachtungen. Die Maxwell-Gleichungen im 19. Jahrhundert sind das herausragende Beispiel für physikalische Modelle, die Differentialgleichungen verwenden, um die Modelle zu vereinfachen und eine enorme Leistung in der Vorhersagbarkeit zu erlangen. Damit wurde der Standard für die Modellierung physikalischer Daten gesetzt.

Das Standardmodell der Teilchenphysik ist das vorliegende Modell, das elektromagnetische mit schwachen und starken Wechselwirkungen vereint, in einer Logik, die Maxwells Vereinigung elektrischer und magnetischer Wechselwirkungen mit seinen differentiellen Formulierungen ähnlich ist.

Das Standardmodell erschien nicht ganz (wie Athena vom Kopf des Zeus). Es wurde in der zweiten Hälfte des zwanzigsten Jahrhunderts langsam durch die Verwendung von Lösungen von Differentialgleichungen aufgebaut, als Beschleuniger gebaut wurden und die Wechselwirkungsenergien zunahmen.

Von der Rutherford-Streuung, die zeigte, dass Atome einen harten Kern, den Kern, haben, bis hin zum LHC, bei dem Teilchen aneinander gestreut werden, und die Messung ihres Querschnitts, war das wichtigste experimentelle Werkzeug, um den Mikrokosmos der Elementarteilchen zu untersuchen.

Das Standardmodell ist ein Modell, das von den Lösungen von Differentialgleichungen (oder äquivalenten mathematischen Formulierungen) abhängt, bei denen die Konstanten langsam an Experimente angepasst wurden, als die Energien immer höher wurden, mit einer Reihe unbekannter Konstanten, die experimentell bestimmt werden müssen.

Das Modell ist um die SU(3)xSU(2)xU(1)-Symmetrien herum aufgebaut, die beobachtet werden, dass sie von der Fülle von Elementarteilchen und ihren Zusammensetzungen befolgt werden. Das Higgs-Feld und die Masse des begleitenden Higgs-Bosons waren eine der gesuchten Konstanten beim Aufbau dieser Experimente, um das Standardmodell gemäß den neuen LHC-Daten zu vervollständigen oder zu erweitern.

Die am LHC aufgenommenen Daten sind Terabytes an Zahlen, die einzelne Streuereignisse beschreiben. Hier ist ein Ereignis , all diese Momente werden aufgezeichnet.

Diese Ereignisse ergeben Verteilungen, wie zum Beispiel die Higgs-Massenverteilung für bestimmte Beobachtungskanäle

Beachten Sie die gepunktete Linie unter dem Higgs-Peak. Sie stellt Terabytes an Daten künstlicher Monte-Carlo- Ereignisse dar, die gemäß den Differentialgleichungen der Lagrange-Funktion mit den bekannten Eingaben als Hintergrund für die Suche nach neuer Physik erzeugt wurden, die nicht in der Formulierung enthalten ist. Der Higgs-Mechanismus selbst ist nicht durch die vorherigen Daten eingeschränkt, aus denen das Standardmodell bestand, da er außerhalb der Kinematik des LHC liegen oder sogar ein zusammengesetzter Effekt sein könnte. Die Vorhersagen des Standardmodells für die Masse des Higgs haben nur eine Spannweite. Der LHC wurde unter anderem gebaut, um diese Masse zu messen und den SM besser zu definieren.

In Anbetracht des oben Gesagten:

Was ist im Fall der LHC-Experimente bei der Entdeckung des Higgs der Input?

Die Eingabe sind die Messungen.

Was ist die "numerische Berechnung" (und wo ist sie?

Die numerische Berechnung ist die Simulation von Ereignissen nach dem Standardmodell und Vergleich mit den neuen Messungen durch Fits.

Wie wird die Theorie umgesetzt? Verwenden die Experimentatoren spezielle Software?

Die Theorie im Rückgrat der Monte-Carlo-Event-Generation.

Benötigt es eine enorme CPU-Leistung?) (Ich vermute, es löst keine partielle Differentialgleichung?)

Ja. Es integriert die SM-Differentialgleichungen nach der Monte-Carlo-Methode.

? Was ist normalerweise die Ausgabe?

Siehe das obige Higgs-Diagramm. Verteilungen, Winkel, Energie, Impulse, invariante Massen ... der Vielzahl von Ereignissen, ausgewählt nach spezifischen Kanälen ausgehender Teilchen aus der Protonen-Protonen-Streuung, um mit Monte-Carlo-Berechnungen des Standardmodells verglichen zu werden.

Um den Titel zu beantworten:

Wie werden das Standardmodell und das Higgs-Boson eigentlich experimentell in der Praxis bestätigt?

Das Standardmodell wird immer dann validiert, wenn neue Daten damit übereinstimmen. Die Entdeckung des Higgs bestätigte das Standardmodell. Dass es ein Higgs-Boson ist, ergibt sich aus der Messung von Winkelverteilungen und der Untersuchung der Kanäle, in denen es gefunden werden kann (es kann zerfallen).

Das eigentliche Ziel der experimentellen Hochenergiephysik ist es, vom Standardmodell nicht vorhergesagte Effekte zu finden, die eine Erweiterung/Modifikation/... davon erfordern würden.