9 Nov 2007iktp.tu-dresden.de/~schubert/talks/1002-KSGJena.pdf · 2010-06-05 · Materie (S=½) Kräfte (S=1) Antimaterie (S=½) d u s c b 8g b t s c d u)()(Zwischen Materie und Antimaterie

9 Nov 2007

Klaus R. Schubert, TU DresdenKSG J 17 M i 2010KSG Jena, 17. Mai 2010

T il h h ikf hTeilchenphysikforschung am CERN-Beschleuniger LHC

Elementare Bausteine, Kräfte und Symmetrien

g

Elementare Bausteine, Kräfte und SymmetrienDie großen offenen Fragen:

Ursprung der Masse und der Materie-Antimaterie-Asymmetrie,Ursprung der Masse und der Materie Antimaterie Asymmetrie,Dunkle Materie, Supersymmetrie, Dunkle Energie, Vakuum-Energie

Werkzeuge der Teilchenphysik:Werkzeuge der Teilchenphysik: Beschleuniger, Detektoren, Computer

CERN und sein Large Hadron Collider

9 Nov 2007

CERN und sein Large Hadron ColliderDie großen Erwartungen

Was sind die elementaren Bausteine der Materie?

Symmetrie der Kristalle folgt aus innerer Struktur.

Atome und Bindungskraft Symmetrie.

Seit ~1912 sehen wir die Atome. Was heißt Sehen?

Lichtquelle NervAuge

GehirnLichtquanten gestreute Quanten

ObjektObjekt

In der (Teilchen-) Physik heißt dieser Prozess Streuexperiment.

Kenngrößen: Art der verwendeten Quanten (Lichtquanten = Photonen = ),

ihre Intensität (1021 Photonen/m2/sec) und Wellenlänge (400-800 nm).

9 Nov 2007 K. R. Schubert, KSG Jena, Teilchenphysik am LHC 317. Mai 2010

Statt auch Elektronen e-, Protonen p …

Streuexperimente zur Suche nach den Bausteinen

Bedeutung der Wellenlänge bei der Streuung:

In ihrer Struktur erkennbar sind nur Objekte, die größer sind als die

Wellenlänge der Teilchen, die an ihnen gestreut werden. [Ausbreitung von

Teilchen durch den Raum geschieht wellenförmig, E = hc seit 1925.Zur Illustration: Objekt mit zwei Punkten im Abstand d:

d

> d: Streuungwie an einem Punkt.

< d: gestreuteWelle erhält Struktur.

Um d zu sehen, muss < d sein, E > hc/d.

Atomabstand im Kristall ~ 10-9 m, E > 103 eV = 1 keV.


1MeV=106eV10-12 m. 1GeV=109eV10-15m. 1TeV=1012eV10-18m.

Was sind die Bausteine der Atome?

Kristall besteht aus

Atomen.

Vielzahl (~100) und

Symmetrie in den

Eigenschaften legen

innere Struktur nahe:

1869 Mendelejew; Vorhersage von „Ge“, 1886 von Winkler (FG) entdeckt.

1911 Streuexperiment von Rutherford: Atom = Kern und Elektronen.

Wieder: Struktur mit Bausteinen und Bindungskraft Symmetrie.Bindung der Atome im Kristall und der e- im Atom durch elektrische Kraft. Ab ~1930 Streuexperimente mit Protonen(p=H-Kerne) an elektrostatischen

Beschleunigern; Kerne = p + Neutronen (n), gebunden durch starke Kraft.


Ab ~1950 an HF-Beschleunigern: p und n sind nur 2 von vielen Hadronen.

Hadronen und deren Bausteine

+ - + - + -Prinzip des HF-

Beschleunigers:

+

g

Strahlpakete statt

kontinuierlicher Strahl. -

Driftröhren HF-Sender


Hadronen und deren Bausteine

Prinzip des HF-

Beschleunigers: - + - + - +g

Strahlpakete statt

kontinuierlicher Strahl. -

+

Driftröhren HF-Sender

+„Neu“ an den Beschleunigern:

Quanten kleiner Wellenläge

werden nicht nur gestreut, sondern zerstören auch das Objekt und erzeugen

dabei zusätzliche Quanten, auch neue Hadronen (= Teilchen, die durch die

starke Kraft erzeugt werden) . p+dp+n+n++, p+pp++K+,

n, , K sind instabil, =103;10-8 sec. 1955: p+pp+p+p+p.Antiproton p ist Antiteilchen des p, ist stabil, hat gleiche Masse M wie das p

aber entgegengesetzte el. Ladung Q. „Vernichtung“ p+p++-+0


Wichtigste Hadroneigenschaften: M, , Q und Spin S, S = 0, 1/2, 1, 3/2 …

Symmetrie im Spektrum der Hadronen

1962 finden Gell-Mann und Ne‘eman nach 15 Jahren Hadronenphysik

(~100 Hadronen entdeckt) das „Periodensystem“; hier nur ein Auszug:

• •- 0M • •®0 ®+MS=1/2Analog zum Ge• • • •

• • - 0 +

n p

• • • • • • ²- « ²0 ²+

p n Q

Vorhersage des - mit

Q=-1, M~1670MeV

-1 0 +1 Q -1 0 +1

? • ?

und ~10-10 sec.

•• •

?

- 0

- 0 +

M •• •

• • •

?

®0 ®+

²- ²0 ²+

MS=3/2Gell-Mann1964

• • •• • • • 0 +

- 0 + ++

• • •• • • •

² ² ²

¤-- ¤- ¤0 ¤+


-1 0 +1 +2 Q -2 -1 0 +1 Q

Sind Hadronen zusammengesetzt?Gilt zu dritten Mal dass eine beobachtete Symmetrie aus

1964 Hypothese von Gell Mann und Zweig dass alle Hadronen aus

Gilt zu dritten Mal, dass eine beobachtete Symmetrie aus

innerer Struktur mit Bausteinen und Bindungskräften folgt?

1964 Hypothese von Gell-Mann und Zweig, dass alle Hadronen aus

„Quarks“ q=u,d,s und deren Antiteilchen q=ʉ,d,s zusammengesetzt sind,

Bausteine mit S = 1/2 Q = 2/3 (u) -1/3 (d s) und Q(q) = -Q(q)Bausteine mit S = 1/2 , Q = 2/3 (u), -1/3 (d, s) und Q(q) = -Q(q).

Hadronen mit S = 1/2, 3/2 … sind Baryonen qqq und Antibaryonen qqq,

solche mit S = 0 1 sind Mesonen mit der Zusammensetzung qqsolche mit S = 0, 1 … sind Mesonen mit der Zusammensetzung qq.

p = uud, n = udd, = uds, p = ʉʉd, ++ = uuu, - = sss, + = ud, K+ = us…

Damit vollständige Erklärung des hadronischen „Periodensystems“.

Bausteinkasten

eμμe L t Entdeckung desBausteinkasten

für Materie und

Antimaterie 1964:

ueμ

uμe

eμμe-Leptonen

Quarks

Entdeckung des

- 1964 ist erster

Triumph des Modells


Antimaterie 1964:

dssd

Quarks Triumph des Modells

Die Entdeckung des -

Blasenkammer als

Spurdetektor zeigtSpurdetektor zeigt

Kaskadenzerfall

p p

mit jeweils einem .

VollständigeVollständige

Rekonstruktion

M=1672 MeV. M 1672 MeV.

Die hier präsentierte Methodik, Vielzahl von Beobachtungen

Ordnungsschema / Symmetrie Hypothese / Modell Vorhersage

Entdeckung Theorie mit breitem Gültigkeitsbereich, ist Vorbild für die


Suche nach dem Higgs-Boson, die primäre Motivation für den LHC.

Von den Quarks zum „Standardmodell“

S 12 Außer u d s- Quarks gibt es noch noch c b t und deren AntiquarksS.12 Außer u,d,s Quarks gibt es noch noch c,b,t und deren Antiquarks,

Quarks werden als Bausteine von p, n, … „sichtbar“

S.13 Außer 6 q und 6 q gibt es noch 6 Leptonen ℓ und 6 Antileptonen ℓ

S.14 q und ℓ reagieren durch drei verschiedene Austauschkräfteq g

S.15 Symmetrie und Symmetriebrechung

S.16, 17 Wozu die Vorhersage des Higgs-Bosons?

S 18 Was das Standardmodell sonst bisher nicht kann;S.18 Was das Standardmodell sonst bisher nicht kann;

die anderen „großen offenen Fragen der Teilchenphysik“


Die sechs Quarks und ihre Eigenschaften

1964 d, u, s von Gell-Mann und Zweig postuliert

1969 am SLAC: p(r =10-15 m) enthält Linac als Elektro-30G Vgeladene Punkte (r <10-16 m) nenmikroskope- 30GeV p

1974 BNL und SLAC: Entdeckungdes c im J/ cc M 3GeV p 30GeV Be e- auf e+ je1 5GeVdes c im J/=cc, M=3GeV p 30GeV Be e auf e+ je1,5GeV

1977 FNAL: b im ϒ=bb, M=9GeV p 400GeV Pt

1994 FNAL: t -quark M =180 GeV p 0,9 TeV p 0,9 TeV

d b t d b ŧ h b ll S i ½ d 10 18 ( ktfö i “)d u s c b t d ʉ s c b ŧ haben alle Spin ½ und r < 10-18 m („punktförmig“)el. Ladung: Q(d,s,b) = -1/3, Q(u,c,t) = +2/3, Q(d,s,b) = +1/3, Q(ʉ,c,ŧ) = -2/3

U M b t htMassen: M(e-) = 0,5 MeV, M(p) = 940 MeV,

M(d,d,u,ʉ) = 5 MeV, M(s,s) = 0,3 GeV,

b ŧ

Unsere Masse besteht zu 1,5% aus Masse der

Quarks; zu 98,5% aus


M(c,c)=1,3GeV, M(b,b)=4,3GeV, m(t,ŧ)=180GeV. Bindungsenergie.

Leptonen

Das ~1900 als erstes Elementarteilchen identifizierte Elektron e- ist immer

noch elementar. S=½, M=0,5 MeV, Q=-1, Lebensdauer =, r <10-18 m.

1933 entdeckte Anderson das

1927 von Dirac vorhergesagte Nebelkammer

Antiteilchen des e-, das Positron e+, als

S = ½, M = M(e-), Q = +1, = . Spurdetektor

In Materie , e+ + e- + .„Schwere Leptonen“: 1937 - und +, M = 130 MeV, = 10-6 s,

Neutrinos: Postuliert und gesehen im Zerfall np+e- +Åe, e-Antineutrino.

1975 - und +, M = 1,8 GeV, = 10-10 s. Q = 1, S und r wie bei e- e+.

Sonnenenergie aus Reaktion p+pD+e+ +νe , e-Neutrino. Q=0, M<2eV.

Außerdem -ν+e- +Åe, +Å+e+ +νe, -ν+e- +Åe, +Å+e+ +νe.


3 ℓ mit Q = -1, 3 ℓ mit Q = 0 (ν), 3 ℓ mit Q = +1, 3 ℓ mit Q = 0 (Å). (ν,Å) = .

Die drei Austauschkräfte und ihre Träger

Durch Austausch eines Balls entsteht

eine Kraft. Die Teilchenphysik kennt

drei Sorten Bälle, elektrische (),

schwache (W-,W+,Z0), starke (g)

und damit drei so genannte Kräfte.Die schwache Kraft wirkt auf alle Bausteine q ℓ q ℓ, M(W,Z) = 90 GeV,

di l kt i h K ft f ll it Q 0 l f ll ß d Å M( ) 0die elektrische Kraft auf alle mit Q 0, also auf alle außer ν und Å, M() = 0,

die starke Kraft nur auf q und q,

M( ) 0 Gl Gl Kl b t ffM(g)=0. g=Gluon, Glue=Klebstoff:

Beispiele: g binden 3 q zu einem p oder n, auch p und n zu Atomkernen.

bi d - d At k At At M l kül d K i t ll binden e- und Atomkerne zu Atomen, Atome zu Molekülen und Kristallen.

W und Z koppeln [bei E< M(W)] zu schwach, um z.B. e und zu binden;aber (uud) + (uud) (uud udd) + e+ + e über u d + W+

virtuell,


aber (uud) (uud) (uud udd) e e über u d W virtuell, W+

virtuell e+ + e lässt die Sonne schwach brennen.

Symmetrie und Symmetriebrechung

Das Standardmodell

mit allen bekannten

ucteμτ

WZWγ

tcuτμe

τμe

0-

τμe -

Elementarteilchen:

Materie (S=½) Kräfte (S=1) Antimaterie (S=½)

du

sc

bt

g8bt

sc

du

( ) ( ) ( )

Zwischen Materie und Antimaterie herrscht vollständige Symmetrie in denEigenschaften und in der Ankopplung der elektrischen und starken Kraft.g pp gBrechung: Schwache Kraft koppelt verschieden an Quarks und Antiquarks.

Die drei „Familien“ der Materie sind völlig symmetrischaufgebaut. [Z i h f h A t t bi h Z 4 M l S t i St kt ?][Zwischenfrage ohne Antwort bisher: Zum 4. Mal Symmetrie Struktur ?]Die perfekte Symmetrie wird nur durch die Masse gebrochen.Im Standardmodell werden auch die drei Kräfte aus Symmetrien hergeleitet,Im Standardmodell werden auch die drei Kräfte aus Symmetrien hergeleitet, die Theorie für die schwache Kraft erfordert aber M = 0 für alle Teilchen.

Eine einzige Erweiterung rettet das sonst so erfolgreiche Standardmodell,


erklärt alle 3 Rätsel mit einem zusätzlichen Teilchen, dem Higgs-Boson H.

Die Hypothese von Peter Higgs

(W, Z)

Die Einführung des „Higgs-Mechanismus“ 1964 ins

Standardmodell erklärt elegant M(W,Z,q,ℓ) 0 und

warum q und ℓ beliebige Massen haben können, er-

klärt 1973 auch die Materie-Antimaterie-Asymmetrie.Der Teilchen-Zoo wird nur um ein einziges Teilchen

erweitert, heute Higgs-Boson H genannt. Q=0,S=0,

fM unbekannt. Erzeugungs- und Zerfallsraten berechenbar, abhängig von M

Suche bisher erfolglos, M>115 GeV. Entdeckung ist primäres Ziel des LHC


Wenn nicht gefunden, müssen M(W,Z,q,ℓ) auf andere Weise erzeugt sein.

Higgs ist nicht allein

„Spontane

Symmetriebrechung“

Masse des Elektrons

9 Nov 2007 1717. Mai 2010 K. R. Schubert, KSG Jena, Teilchenphysik am LHC

Massen der Quarks und anderen geladenen Leptonen

[ von A. Straessner ]

Die großen offenen Fragen

Größte Frage: Existiert das Higgs-Boson mit 115 GeV<M<1 TeV?Weiterhin: Aus welchen Teilchen

besteht Dunkle Materie?

Astronomie kennt sie seit

M33 M33

~1925, Teilchenphysik bis

heute noch nicht. KandidatM33

ist die Supersymmetrie, die

den Teilchenzoo verdoppelt.

Und noch zwei: Woraus besteht Dunkle Energie? Kosmologie erklärt damit

seit ~1995, dass das Universum nach dem Urknall erst verzögert, dann

beschleunigt expandiert. Kandidat: Vakuumenergie, die es im Standard-

modell geben muss, die aber mit den bekannten Teilchen viel zu groß ist.


Als letzte: Ursache der Materie-Antimaterie-Asymmetrie des Universums?

Werkzeuge für die Suche nach den AntwortenBeschleuniger Detektoren ComputerBeschleuniger Detektoren Computer

E

M33 40 m

Auf Kreisbahnen statt linear:Betatron, Zyklotron, Synchrotron

B p

ATLAS~ 40 mBBe

pr0

Impuls p = 7 TeV/c, LHCp p ,Feldstärke B = 8 TeslaRingumfang 2r = 18 km

9 Nov 2007 1917. Mai 2010

7 TeV/c 7 TeV/c 14TeV

K. R. Schubert, KSG Jena, Teilchenphysik am LHC

Symmetrie und Asymmetrie

Vier Experimente: LHCb

ATLAS

ALI CE

Das unterirdischeSynchroton: LHC,CMS


Synchroton: LHC,~ 100 m tief

Geplante Kenngrößen des LHC

LargeHadronCollider=Doppelspeichersynchrotron für pp- und PbPb-Stöße,

Umfang = 26,6 km, 1232 Ablenkmagnete mit L = 15 m 18 km B-Feld,Umfang 26,6 km, 1232 Ablenkmagnete mit L 15 m 18 km B Feld,

B-Feldstärke = 8,3 Tesla, Protonen-Energie = 7 TeV + 7 TeV.

Einschuss-Energie = 0,45 TeV, Beschleunigungsfrequenz = 400 MHz.Einschuss Energie 0,45 TeV, Beschleunigungsfrequenz 400 MHz.

p in 2000 Paketen pro Ring, 1011 p pro Paket, Strahlstrom = 0,6 A,

P k t b t d 25 G i h t E i i d St hl 2 350 MJPaketabstand = 25 ns. Gespeicherte Energie in den Strahlen = 2 x 350 MJ.


ein Vergleich

9 Nov 2007 2217. Mai 2010 K. R. Schubert, KSG Jena, Teilchenphysik am LHC[ von M. Kobel ]

Geplante Kenngrößen des LHC (2)

Large Hadron Collider = Doppelspeicherring für pp- (und PbPb-)Kollisionen,

Umfang = 26,6 km, 1232 Ablenkmagnete mit L = 15 m 18 km B-Feld,Umfang 26,6 km, 1232 Ablenkmagnete mit L 15 m 18 km B Feld,

B-Feldstärke = 8,3 Tesla, Protonen-Energie = 7 TeV + 7 TeV.

Einschuss-Energie = 0,45 TeV, Beschleunigungsfrequenz = 400 MHz.Einschuss Energie 0,45 TeV, Beschleunigungsfrequenz 400 MHz.

p in 2000 Paketen pro Ring, 1011 p pro Paket, Strahlstrom = 0.6 A,

P k t b t d 25 G i h t E i i d St hl 2 350 MJPaketabstand = 25 ns. Gespeicherte Energie in den Strahlen = 2 x 350 MJ.

Magnete sind supraleitend,

mit 120 t He auf 1,9 K gekühlt.

Für 8,3 Tesla ist der Strom in den

Magneten 12 kA . Gespeicherte

Energie in den Magneten = 10 GJ.


Stromverbrauch =120 MW. Bewilligung 1994, Bau 2001-08. Kosten 3,3 G€.

Weg der Protonen von der H2-Flasche zum LHC-Ring

14 TeV7 + 7 TeV

DuoplasmatronM. v. Ardenne

~1950 Sochumi


Supraleitende Beschleunigungs-Kavitäten


Supraleitende Ablenkmagnete

Helium-

Vakuumtank

Eisenjoch

HeliumKühlleitung

Supraleiter aus

Strahlrohr


Supraleiter ausNiob - Titan

Inbetriebnahme und erster großer Unfall

Erste pp-Kollisionen mit 0,9+0,9TeV am 10.9.2008

Test mit 2,5+2,5TeV Explosion am19.9.

Loch im Vakuumtank eine supraleitendeVerbindung zwischen zwei Magneten wird normalleitend Lichtbogen, der die Hülleg ,des Heliumtanks schmilzt. 6 von 120 t Heverdampfen in < 1 sec. Druckwelle zer-stört oder verschiebt Magnete auf einige


stört oder verschiebt Magnete auf einige100 m. Reparatur benötigt ein Jahr.

14 verlorene Monate

1/8 aller Magnete wird erwärmt; 53 Magnete werden an die Oberflächegebracht, repariert und neu installiert. Viele zusätzliche Kontroll- undSchutzsysteme werden eingebaut Ab August 2009 Abkühlen des AchtelsSchutzsysteme werden eingebaut. Ab August 2009 Abkühlen des Achtels.

Ab 30.3.2010Daten-23.

N nahmebei 3,5+3 5TeV

Nov.2009


3,5TeV

Eine Detektorzwiebel zur Teilchenerfassung

CMS am LHC

M33 +n,K0

+

Spur-d k

p,+,K+e-

detektor

ElektomagnetischesKalorimeter Supraleitende

Spule

KalorimeterHadron-kalorimeter Eisenjoch

mit -Spurdetektoren

9 Nov 2007 2917. Mai 2010

mit Spurdetektoren

K. R. Schubert, KSG Jena, Teilchenphysik am LHC

Der ATLAS-Detektor

9 Nov 2007 3017. Mai 2010

Planung ab 1995, Bau wie LHC 2001-2008, Gewicht 7000t, Kosten 0,8G€.K. R. Schubert, KSG Jena, Teilchenphysik am LHC

Die ATLAS-Kollaboration

(Stand April 2008)


Computer

Erster Web-Server der Welt (1991).

WWW von Sir Timothy John Berners-Lee 1989-91 am CERN für die Alltagsarbeit von

Physikern in großen Kollaborationen entwickelt.

Erste Web-Seite: http://info.cern.ch

Computing heute im z.B. ATLAS-Experiment: Datenauswahl, -erfassung, p g p g

-speicherung, -transport, -verarbeitung. Nicht alle produzierten Daten

~1016 bytes/sec (Welt-Telefonverkehr) werden erfasst. „Trigger“ wählt aus.y ( ) gg

Erfasst und verarbeitet

werden ~1016 bytes/Jahr.y

Weltweit vererteilte Verar-

beitung über das „Grid“,


g

dem Nachfolger des Web.

Bilder vom Aufbau des ATLAS-Experiments


weitere Bilder vom Aufbau

überwiegend „Eigenbau“


überwiegend „Eigenbau

Kalibration mit kosmischen -Leptonen

~ 100 /sec/m2

9 Nov 2007 3517. Mai 2010 K. R. Schubert, KSG Jena, Teilchenphysik am LHC[ von A. Straessner ]

Erste Beobachtung des Higgs am LHC


Beobachtung des Higgs-Bosons

109/s

Im Standardmodell, das das H-Boson enthält, sind dessen Eigenschaftenbis auf die Masse alle bekannt; Erzeugungsraten N, Zerfallsanteile B …

B

109/s

N*)

106/s

Gesamtrate

10 /s

103/s160

-17Higgs-Rateist 10 Zehner

M(H)>10 /s

1/s

70G

eVist ~ 10 Zehner-

potenzen kleinerals Gesamtrated K lli i

114GeV

1/s

10-3/s

der pp-Kollision

Higgsrate

M(H), GeV

10 /s

10-6/sFNAL2009

LEP CERN2000

Higgsrate


10 /s

*) bei 1/10 der geplanten Strahlintensität

2009

E,TeV

2000

Der einfachste Kanal: H Z Z ℓ+ℓ- ℓ+ℓ-

Ein simuliertes Ereignis„Histogramm“ der gefundenen

M(Z Z ) W tM(Z1Z2) -Werte:

e+e-

+-

Diese Entdeckung könnte

Teilchenidentifizierung, Spurkrümmungschon in den ersten drei

Jahren möglich sein

9 Nov 2007 38K. R. Schubert, KSG Jena, Teilchenphysik am LHC

und -winkel M(Z1), M(Z2), M(Z1Z2)

17. Mai 2010

Der einfachste Kanal bei kleinen M(H): H

Ein simuliertes Ereignis „Histogramm“ der gefundenen

M( ) -Werte:

Das könnte etwas länger dauern.

- Identifizierung und Öffnungswinkel Wenn das Higgs-Boson mit

Standardeigenschaften existiert,wird es am LHC gefunden werden

9 Nov 2007 39K. R. Schubert, KSG Jena, Teilchenphysik am LHC17. Mai 2010

M( )

[ Bilder von W. Mader ]

wird es am LHC gefunden werden.

Was dann?

Messung aller H-Eigenschaften, Vergleich mit St.-Modell -Berechnungen

oder

„Wenn Standard - H nicht gefunden wird, muss im TeV-Energiebereich

etwas anderes Neues gefunden werden.“

H t ti ti fü di A St M d ll b ht H i ht fü diHauptmotivation für diese Aussage: St. Modell braucht H nicht nur für die

Erzeugung von M(q,ℓ ,W,Z) und Materie-Antimaterie-Asymmetrie, sondern

h B fü di R t d R kti W+W- W+W- b h lb 1 T V i dauch z.B. für die Rate der Reaktion W+W- W+W- ; oberhalb 1 TeV wird

diese ohne H größer als nach gültigen Prinzipien der Quantenphysik.

Zur Zeit am meisten diskutiert (das schließt ein, dass ein H-ähnliches

Teilchen entdeckt wird, das andere als Standardeigenschaften hat) :


g )

Supersymmetrie

Falls diese Symmetrie in der Natur realisiert ist, löst sie einige fundamentale

Probleme des St. Modells. Außerdem könnte der leichteste Superpartner


stabil sein, dann wäre er ein Kandidat für die Dunkle Materie der Astronomie

Suche nach Supersymmetrischen Teilchen

Falls neutral und stabil,

entkommt das leichteste

Susy-Teilchen ungesehen

dem Detektor. Erhaltung von

Energie und Impuls führt

aber zum Nachweis durch

asymmetrische Ereignisse

mit großer fehlender Energie.

9 Nov 2007 4217. Mai 2010 K. R. Schubert, KSG Jena, Teilchenphysik am LHC[ Bilder von A. Straessner ]

Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie

Quarks und Antiquarks verhalten sich sta-tisch und dynamisch in allen Eigenschaften

Die Erklärung im St.Modellwurde 2008 mit dem Nobel-

P i i h t Sivöllig symmetrisch mit zwei Ausnahmen:

K-Mesonen-Zerfälle B-Mesonen-Zerfälle(1964) (2001)

Preis ausgezeichnet. Sieerfordert 3 Familien und eine

im St. Modell erlaubte(1964) (2001) verschiedene Kopplung des

Higgs-Bosons an q und q.

Sie reicht nicht aus, um dieAsymmetrie im Universum

[n3 /n = 6.10-10] zu erklären[n3q/n 6 10 ] zu erklären.

Am LHC sucht das Experiment LHCb deshalb nach NichtLHCb deshalb nach Nicht-Standard-Asymmetrien in

seltenen ZerfällenB M


von B-Mesonen.

Schwarze Löcher

verschiebe ich, falls Interesse besteht, auf die Diskussion;

und über die bei jedem neuen Schritt in einen höheren Energiebereich

vorhandene Hoffnung, etwas völlig Unerwartetes zu entdecken, lässtvorhandene Hoffnung, etwas völlig Unerwartetes zu entdecken, lässt

sich vorher nicht viel sagen.

Detektorexperten müssten an dieser Stelle demonstrieren, dass ihr

Detektor-, Trigger- und Datenverarbeitungssystem weit offen ist für

die Entdeckung völlig neuer Phänomene.

Eine letzte Frage: Bleiben Quarks und Leptonen „Punkte“

oder werden wir ihre innere Struktur entdecken?

Gilt zum 4. Mal: Symmetrie innere Struktur + Bindungskraft ?


Zusammenfassung

Auf der Suche nach den klein-sten Strukturen der Materie ist

die Physik mit Hilfe von Beschleu-die Physik mit Hilfe von Beschleu-nigern bis zum „Standardmodell

der Teilchenphysik“ vorgestoßen. (Die Dekade 1964 74 war dabei eine(Die Dekade 1964-74 war dabei eine

eine der fruchtbarsten der Physik.) Das Modell beschreibt erfolgreich

alle Beobachtungen im Labor, versagt aber zweimal bei Anwen-

dungen auf die Kosmologie (Materiedominanz im Universum + Antiteilchen

und Dunkle Materie). Das Higgs-Boson H, seit 1964 notwen-diger Bestandteil des Modells, ist noch unbeobachtet. Seine

Masse M muss zwischen 115 GeV und 1TeV liegen. Da außer gM alles von H bekannt ist, wurde der Beschleuniger LHC so

konzipiert, dass H gefunden werden muss. Falls nicht, ist das Modell falsch, an seine Stelle muss eine bessere Theorie treten LHC wird dann (sicher?)


an seine Stelle muss eine bessere Theorie treten. LHC wird dann (sicher?)durch andere Entdeckungen den Weg weisen, z.B.durch Supersymmetrie.

Reserve


Historie


Veranschaulichung des Higgs-Mechanismus

9 Nov 2007 4817. Mai 2010 K. R. Schubert, KSG Jena, Teilchenphysik am LHC[ von D. Miller, London]

Standardmodell der Kosmologie


Documents

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