Experimentelle Elementarteilchenphysik RWTH

T.Hebbeker July 2001
Seminar WS 2001/2002 RWTH:
Moderne Methoden/Experimente
der Teilchen- und Astroteilchenphysik
Flügge, Grünewald,
Hebbeker, Lanske,
Mnich, Schael,
Struczinski, Wallraff
ƒ Elementarteilchenphysik/Astroteilchenphysik
ƒ Seminarthemen
ƒ Organisation
http://www.physik.rwth-aachen.de/~hebbeker/sem0102.html
Das Standardmodell der Teilchenphysik
T.Hebbeker July 2001
Materie: Spin ½ - Fermionen:
Leptonen:
Quarks:
Wechselwirkungen: Spin 1 – Eichbosonen:
elektroschwach:
stark:
Photon
γ
masselos
Z-Boson
Z
91 GeV
W-Boson
W+ W-
80 GeV
Gluon
g
masselos
(Fast) alle experimentellen Daten werden akkurat beschrieben!
Teilchenphysik und Astrophysik
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Dunkle Materie =
Neutralino ?
(Supersymmetrie)
Teilchenbeschleuniger
untersuchen Prozesse
10 −10 s nach dem Urknall
Materie- AntimaterieAsymmetrie ?
Fundamentale Fragen
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•
T.Hebbeker July 2001
Gibt es das Higgs-Boson ? 1,16
Gibt es Korrekturen zum Standardmodell ? 17,
18
Ist die Natur „supersymmetrisch“ ? 10,16
Haben Neutrinos eine Masse ? 6,7
Gibt es genau 3 Familien ? Warum ?
Verstehen wir die Gravitation ?
10,
Dunkle Materie ? 11
Dunkle Energie ? 14
Warum ist das Universum „flach“ ? 13
Wie funktionieren kosmische Beschleuniger ? 19
Gibt es Antimaterie im Universum ? Warum nicht ?
...
12
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Methoden der Teilchenphysik
Werkzeuge:
• Teilchenbeschleuniger
• Teilchendetektoren
Unschärferelation:
∆x ≈ 1 / E
Neue schwere Teilchen (Masse m):
HOHE
Studium der Kräfte bei hohen Energien:
ENERGIE !
(Big Bang!)
Mögliche Seminarthemen (Teilchenphysik)
No SPRECHER
THEMA
1
Das Standardmodell der Teilchenphysik
2 A.S.
Einführung in die Kosmologie
3
Astroteilchenphysik - Überblick
4
Grundlagen von Teilchendetektoren
5
Einführung in Teilchenbeschleuniger
6
Atmosphärische Neutrinos
7
Solare Neutrinos
8
Messungen zur CP-Verletzung
9
Gross-Detektoren an Hadron-Kollidern
10
Dunkle Materie – experimentelle und theor. Grundlagen
11
Die Suche nach Dunkler Materie
12
Suche nach Antimaterie im Weltraum
13
Neue Messungen der kosmischen Hintergrundstrahlung
14
Messung der komologischen Expansion mit Supernovae
15
Gamma Ray Burster
16
Suche nach dem Higgs und anderen neuen Teilchen
17
Tests der Quantenchromodynamik
18
Präzisionsmessungen zur elektroschwachen Wechselwirkung
19
Kosmische Teilchenbeschleuniger
20
Nachweis hochenergetischer kosmische Strahlung
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BETREUER
M.G.
W.S.
W.S.
W.W., W.S. ?
T.H.
D.L. ?
S.S.
S.S.
W.W.
D.L. ?
D.L.
J.M.
M.G. ?
M.G.
W.W.
T.H.
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(3) Astroteilchenphysik
• geladene kosmische Strahlung
• hochenergetische Photonen
• Neutrinos (Supernovae,
Sonne, ?)
• Antimaterie-Kerne ?
• Dunkle Materie ?
(4) Grundlagen von Teilchendetektoren
(9) Grossdetektoren
an Hadronkollidern
T.Hebbeker July 2001
T.Hebbeker July 2001
(5) Einführung in Teilchenbeschleuniger
T.Hebbeker July 2001
(6) Atmosphärische Neutrinos
(7) Solare Neutrinos
Neutrino-Sorten wandeln sich ineinander um!
Neutrinos haben Masse !
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(8) Messungen zur CP-Verletzung
P
1964:
C
0
Kl →π π
CP = −1
2001:
CP = +1
B → J /ψ K s
0
0
≠
B → J /ψ K s
Materie-Antimaterie-Asymmetrie!
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(10) Dunkle Materie –
Experimentelle und Theoretische Grundlagen
Simulation Materieverteilung
Universum
Halo um Galaxien ?
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(11) Die Suche nach Dunkler Materie –
Experimente auf der Erde und im Weltraum
CRESST
AMS
(12) Suche nach Antimaterie im Weltraum
Antigalaxien ? Antisterne ? Antiatome ?
Antikerne !
T.Hebbeker July 2001
T.Hebbeker July 2001
(13) Neue Messungen der kosmischen Hintergrundstrahlung
Flachheit des Raumes ?
Galaxienentwicklung ?
...
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(14) Messung der kosmologischen Expansion mit Supernovae
Supernovae Typ Ia
Helligkeit
= „Standardkerze“
Alter
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(15) Gamma Ray Burster
mysteriöse kurze
(Sekunden - Tage)
hochenergetische
Ausbrüche
extragalaktisch ?
Quellen ?
Energie ?
„Nachglühen“
(sichtbares Licht)
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(16) Suche nach dem Higgs-Boson und anderen neuen Teilchen
Higgs: Neutrales Spin-0 Boson
Fundamental: erzeugt
Masse aller Teilchen !
Erzeugung und Zerfall
bei LEP:
(17) Tests der Quantenchromodynamik
(18) Präzisionsmessungen
zur elektroschwachen Wechselwirkg.
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(19) Kosmische Teilchenbeschleuniger
T.Hebbeker July 2001
(20) Nachweis
hochenergetischer
kosmischer
Strahlung