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Die Frage nach dem Leben, dem Universum

und dem ganzen Rest

Katerina Lipka

DESY

Physics of gluons and heavy quarks from HERA to the LHC

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Die Frage nach dem Leben, dem Universum

und dem ganzen Rest

Was wir vom Universum heute wissen

Veraltetes Weltbild

Modernes Weltbild Größe des sichtbaren Universums:

13,7 Milliarden Lichtjahre

75% Dunkle Energie

21% Dunkle Materie

4% Sichtbare Materie

Fundamentale Teilchen und Kräfte

Fast verstanden nur 4%

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Sichtbare Materie: Atom→ Elektron + Kern

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Sichtbare Materie: Atom→ Elektron + Kern

Nukleonen

(p, n):

Quarks

Nukleonmasse MN ~ 1 GeV = 1.8 x 10-27 kg

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Quark Sorte (Flavour): down strange beauty

up charm top

Masse : 0.006 MN 0.15 MN 4.5 MN

in Einheiten der

Nukleonmasse (MN)

Quarks: Fundamentale Bausteine der Materie

0.003 MN 1.6 MN 171 MN

Nukleonen (Proton uud, Neutron udd):

Eigenschaften durch Valenz-Quarks bestimmt

Valenz-Quarks fast masselos

Die Masse der Materie ist nicht mit Quarkmasse zu erklären!

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Struktur der Nuklearen Materie

Starke Kraft hält die Materie zusammen

Träger der Starken Kraft: Gluonen

Besondere Ladung: Farbe

Nukleonstruktur in QuantenChromoDynamik:

• Valenzquarks bestimmen die Quantenzahlen

• Gluonen erzeugen See-Quark Paare

• Quarks und Gluonen tragen ein Anteil

vom Gesamtimpuls des Nukleons

Energie der Quarks und Gluonen – Nukleonmasse?

p,n

Untersuchung der Nukleonstruktur: sehr hohe Auflösung notwendig!

Quarkgröße <10-8 Å

Menschenhaar ~106 Å

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Auflösungsvermögen und Energie

Auflösung kleiner Strukturen: hohe Energie !

Mikroskope der Teilchenphysik: Hochenergiebeschleuniger

Beispiel: wenn Objekte nur in Rot- oder Blaulicht sichtbar wären…

Blau: Energie 1.5 mal höher

Photonen im blauen Bereich energetischer: das Bild wird schärfer

Rot

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1992 - 2007†

Protonen

Elektronen

Weltweit Einzigartig:

Protonstruktur wurde aufgelöst mithilfe virtueller Photonen

(Tief inelastische Streuung)

Q2 – HERA Auflösung ≈ 10-8 Å

e

d

u

u

Supermikroskop HERA am DESY

Häufigkeit solcher Ereignisse:

Protonstruktur

Kollisionen bei 320 MN

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Masse der Nuklearen Materie

Wenn Quarks so leicht sind, was macht die Protonmasse aus?

Gluonen·0.05

Seequarks·0.05

Valenzquarks

Impulsanteil

HERA Messungen: Energieverteilung der Quarks und

Gluonen im Proton

Masse = Energie!

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Masse der Nuklearen Materie

Masse = Energie!

Gluonen

Seequarks

Valenzquarks

Masse = Energie! Protonmasse ~ Gluonenergie

Gluonen und See unskaliert

HERA Messungen: Energieverteilung der Quarks und

Gluonen im Proton

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gluo

n

Gluonen und Schwere Quarks

Besondere Ereignisse in Tief - Inelastischer Streuung

Mein Ziel: ein weiteres kleines Puzzleteil zum modernen Weltbild

proton

elektroncharm

anti-charm

Charm Quarks bei HERA:

• schwer (Masse 1.5 MN)

• direkter Zugang zu Gluonen

Meine Arbeit:

Gluonergieverteilung;

Gluonuniversalität;

Transfer des Wissens über die Protonstruktur für weitere Beschleunigerexperimente

gluon

photon

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In einer Nachwuchsgruppe…

Netzwerk von DESY und Universitäten Hamburg, Mainz, Wuppertal

Das Team:

1 Experimentatorin

1 Theoretiker

1 Doktorandin + 1 Doktorand

Aufgaben:

Forschung

Lehre

Koordinationposition in Experimenten

Verwaltung

Anforderung an Gruppenleiter/In : Präsenz und Flexibilität

In Widerspruch steht: Familiäre Situation

geregelte Kinderbetreuung, “dual career couples”

Problematisch in Physik: Wahrnehmung der Kollegen

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Wie die Frauenrolle heute gesehen wird

Ein Wort zu Rollenbildern

Der Weg dorthin ist noch lang…