Antrittsvorlesung 13. Juni 2005

Der Teilchenzoo aus heutiger Sicht

au

s der

Sic

ht

des

Ele

menta

rteilc

hen

physi

kers

au

s der

Sic

ht

des

Ele

menta

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hen

physi

kers

von 1

937

ein konsistentes Bild

µ

e

Entdeckung 1937

Nebelkammer

Who orderedthat ?

Isidor Rabi

Warum gibt es mehr als eine Teilchengeneration ?

Frage nach wie vor ungeklärt

Intensive Forschung seit der Entdeckung des Müons

Wir wissen heute: Es gibt 3 Generationen (LEP)

Das fehlende c-Quark war vorhergesagt

u d u s d s

d d u u s s

schwache Zerfälle

GIM Mechanismusbraucht c-Quark

Burt RichterSLAC

Sam TingBNL

November 1974Herbst 1974

c-Quark

c-Antiquark

Ein Atom

aus Quarks

Burt RichterSLAC

Sam TingBNL

Ψ

J

ΨJ

StanfordPositronElectronAcceleratorRing

e+ e-

3 … 7 GeVSchwerpunktsenergie

November 1974

StanfordPositronElectronAcceleratorRing

e+ e-

3 … 7 GeVSchwerpunktsenergie

November 1974

Martin Perl

e+ e- e+ µ-

Leptonzahl

π+ µ+ νµ

µ- e- νe νµ

Z0 µ+ µ-

Z0 e+ µ-LEP

fehlende Energie

Vermutung:

e+ e- τ+ τ-

τ- µ- νµ ντ

τ+ e+ νe ντ

Aber !

Who orderedthat ?

griechisch

das Dritte

kinematisch verbotenverletzt E-Satz

2-Körper-Zerfallmonoenergetische µ

3-Körper-Zerfallkontinuierliches Spektrum

Entdeckung des Tau-Neutrinos ?

+ e+ e e

+ + µ e

Para-Lepton

+ e+ e e

+ + µ e

Ortho-Lepton

+ e+ e

+ + µ

Sequentielles Lepton

Ve 2

Vµ 1=

17,84 %

17,36 %

+ e+ e+ e-

okay

+ ≡ e+

+ ≡ e-

eigeneGeneration

Beijing Electron Positron Collider BEPC

e+ e- + -

ECM > 2 m1776.99 MeV/c2

+0.29-0.26

ein typisches Ereignisim OPAL Detektor

e+ e- Z0 + -

+ +

- - - +

Flugstreckel = γ β c T

290.6 ± 1.1 fsec

Silizium – Detektorenfür den CMS - Tracker

PCAC(partially conservedAxialvector Current)

Masse

Lebensdauer

elektr. Dipolmoment

magn. Moment

Anapole Moment

Verzweigungs- verhältnisse

schwache Kopplung

Paritäts- verletzung

Polarisation

Cabibbo Winkel

Isospin Verletzung

Resonanz- strukturen

Quark-Hadron Dualität

CVC(conserved

Vector Current)

Wess-ZuminoAnomaly

αs

Neutrino masse

Neutrino Helizität

CP Verletzung

Leptonzahl

Michel- parameter

2nd class currents

EPR

PCAC(partially conservedAxialvector Current)

Masse

Lebensdauer

elektr. Dipolmoment

magn. Moment

Anapole Moment

Verzweigungs- verhältnisse

schwache Kopplung

Paritäts- verletzung

Polarisation

Cabibbo Winkel

Isospin Verletzung

Resonanz- strukturen

Quark-Hadron Dualität

CVC(conserved

Vector Current)

Wess-ZuminoAnomaly

αs

Neutrino masse

Neutrino Helizität

CP Verletzung

Leptonzahl

Michel- parameter

2nd class currents

EPR

kombinierte Symmetrietransformation

Raumspiegelungx

Materie Antimaterie

Materie Anti-Materie

Erzwingt gleiches Verhalten vonMaterie CP (Materie)

e+

e-+

-

insbesondere Produktion gleicher Mengen Materie und Antimaterie

Urknall

Materie = Antimaterie

Heute

ausschließlich Materie

1966

Bedingungen für die Entstehungeines Materieüberschusses im Universum

1. Verletzung der CP-Symmetrie

2. Nichterhaltung der Baryonenzahl

3. Thermodynamisches Ungleichgewicht

Materie – Antimaterie Vernichtung Materieüberschuss bleibt zurück heutige Materie

Heute: 1 Baryon / 6 1010 Photonen

Verletzung der CP-Symmetrie beobachtet (1964 Cronin/Fitch K0

L )

Standard Modell enthält CP-Verletzung (1972 Kobayashi Maskawa)

B-Fabriken bestätigen Standard Modell (2001 B0 J/ K0)

CP Verletzung zu gering um Materieüberschuss quantitativ zu erklären!

Suche nach CP-Verletzung in der Tau-Produktion

CP ungerade Observablen

CP O = - O

< O > ≠ 0 CP Verletzung

CP Symmetrie < O > = 0

unmeßbar klein(d≈ 10-34 e cm)

jenseits des Standard Modells

Observable: Impuls + Spin von + und -

ca. 100.000 e+ e- + -

5 Zerfälle untersucht:

ee

Impulsmessung Spinvektor aus Impulsen der Zerfallsprodukte

< O > = c d

Schwaches Dipolmoment des Taus

| Re (d) | < 3.2 10-18 e cm

| Im (d) | < 9.4 10-18 e cm

d ~ m3 / m

2

Weitere Verbesserungen erst mit dem ILC

e+

e-

dt ~ mt3 / m

2

(Leptonen – Antileptonen)Anfang = (Leptonen – Antileptonen)Ende

für jede Generation

- -

- -+-

+ +

- K-

B0 D- +

t b +

e+ e- + -

D- -

keine Verletzungenbeobachtet

->

Leptonzahl verletzt !

->

Auswirkungen auf das Tau ?

-

-

W-

- -

Auswirkungen auf das Tau ?

-

-

W-

- -

Neutrino-oszillation

okay

Aber: Energie/Impulssatz verletzt

Auswirkungen auf das Tau ?

-

-

W-

- -

VerzweigungsverhältnisStandard Modell: 10-40

andere Modelle: 10-40… 10-6

Auswirkungen auf das Tau ?

-

-

W-

- - + - VerzweigungsverhältnisStandard Modell: 10-40… 10-14

andere Modelle: 10-40… 10-7

-

+

- -

e+ e- + -

+ e+ e

- -

Inv. Masse ( + ) = Masse (Tau)

Energie (Myonen) = Energie (Tau)

ca. 108

• 13 observed• 7.81.4 events expected

Prob. of 7.81.4 eventsfluctuating to 13 or more inabsence of signal is 7.6%.

efficiency = 5.2 0.1 0.5%

N=56million

- -

BR(2.0x 10-6 @90%CL

BaBar

- - + -

mit CMS am LHC

Vorteil: Mehr tausNachteil: Mehr Untergrund

- - + - bei CMS

Computersimulation eines Signalereignisses

- - + - bei CMS

Arbeit hat begonnen!

W

10.000 EreignisseTriggerSpurrekonstruktion

Freue mich auf gute Zusammenarbeitmit Studenten und Kollegen