Experimentelle Elementarteilchenphysik RWTH

T.Hebbeker Jan. 2002
Seminar SS 2002 RWTH:
Moderne Methoden/Experimente
der Teilchen- und Astroteilchenphysik
Berger, Böhm, Flügge,
Grünewald, Hebbeker,
Mnich, Struczinski,
Wallraff
Elementarteilchenphysik/Astroteilchenphysik
Seminarthemen
Organisation
http://www.physik.rwth-aachen.de/~hebbeker/sem02.html
Das Standardmodell der Teilchenphysik
T.Hebbeker Jan. 2002
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
T.Hebbeker Jan. 2002
Dunkle Materie =
Neutralino ?
(Supersymmetrie)
Teilchenbeschleuniger
untersuchen Prozesse
10 −10 s nach dem Urknall
Materie- AntimaterieAsymmetrie ?
Fundamentale Fragen
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
T.Hebbeker Jan. 2002
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
T.Hebbeker Jan. 2002
Methoden der experimentellen 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)
T.Hebbeker Jan. 2002
No SPRECHER
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
THEMA
BETREUER
Das Standardmodell der Teilchenphysik
Einführung in die Kosmologie
Astroteilchenphysik - Überblick
Grundlagen von Teilchendetektoren
Einführung in Teilchenbeschleuniger
Atmosphärische Neutrinos
Solare Neutrinos
Messungen zur CP-Verletzung
Gross-Detektoren an Hadron-Kollidern
Dunkle Materie – experimentelle und theor. Grundlagen
Die Suche nach Dunkler Materie
Suche nach Antimaterie im Weltraum
Neue Messungen der kosmischen Hintergrundstrahlung
Messung der komologischen Expansion mit Supernovae
Gamma Ray Burster
Suche nach dem Higgs und anderen neuen Teilchen
Tests der Quantenchromodynamik
Präzisionsmessungen zur elektroschwachen Wechselwirkung
Kosmische Teilchenbeschleuniger
Nachweis hochenergetischer kosmische Strahlung
Vom starken zum schwachen Isospin
Das Verhältnis der Elemente H/D/He im frühen Universum
T.Hebbeker Jan. 2002
(3) Astroteilchenphysik
• geladene kosmische Strahlung
• hochenergetische Photonen
• Neutrinos (Supernovae,
Sonne, ?)
• Antimaterie-Kerne ?
• Dunkle Materie ?
(4) Grundlagen von Teilchendetektoren
(9) Grossdetektoren
an Hadronkollidern
T.Hebbeker Jan. 2002
T.Hebbeker Jan. 2002
(5) Einführung in Teilchenbeschleuniger
T.Hebbeker Jan. 2002
(6) Atmosphärische Neutrinos
(7) Solare Neutrinos
Neutrino-Sorten wandeln sich ineinander um!
Neutrinos haben Masse !
T.Hebbeker Jan. 2002
(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!
T.Hebbeker Jan. 2002
(10) Dunkle Materie –
Experimentelle und Theoretische Grundlagen
Simulation Materieverteilung
Universum
Halo um Galaxien ?
T.Hebbeker Jan. 2002
(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 Jan. 2002
T.Hebbeker Jan. 2002
(13) Neue Messungen der kosmischen Hintergrundstrahlung
Flachheit des Raumes ?
Galaxienentwicklung ?
...
T.Hebbeker Jan. 2002
(14) Messung der kosmologischen Expansion mit Supernovae
Supernovae Typ Ia
Helligkeit
= „Standardkerze“
Alter
T.Hebbeker Jan. 2002
(15) Gamma Ray Burster
mysteriöse kurze
(Sekunden - Tage)
hochenergetische
Ausbrüche
extragalaktisch ?
Quellen ?
Energie ?
„Nachglühen“
(sichtbares Licht)
T.Hebbeker Jan. 2002
(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.
T.Hebbeker Jan. 2002
(19) Kosmische Teilchenbeschleuniger
T.Hebbeker Jan. 2002
(20) Nachweis
hochenergetischer
kosmischer
Strahlung