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1 Physik jenseits des Standardmodells. 2 Inhalt Wiederholung/Probleme des Standardmodells Wiederholung/Probleme des Standardmodells Grand Unified Theories.

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Präsentation zum Thema: "1 Physik jenseits des Standardmodells. 2 Inhalt Wiederholung/Probleme des Standardmodells Wiederholung/Probleme des Standardmodells Grand Unified Theories."—  Präsentation transkript:

1 1 Physik jenseits des Standardmodells

2 2 Inhalt Wiederholung/Probleme des Standardmodells Wiederholung/Probleme des Standardmodells Grand Unified Theories Grand Unified Theories Supersymmetrie Supersymmetrie Zusammenfassung Zusammenfassung

3 3 Inhalt Wiederholung/Probleme des Standardmodells Wiederholung/Probleme des Standardmodells Fermionen Fermionen Wechselwirkungen Wechselwirkungen Sonstige Probleme Sonstige Probleme Grand Unified Theories Grand Unified Theories Supersymmetrie Supersymmetrie Zusammenfassung Zusammenfassung

4 4 Wiederholung: Die Fermionen des Standardmodells Die Quarks u u u c c c t t t d d d s s s b b b Die Leptonen e-e-e-e- - - e Quarks/Leptonen Quarks/Leptonen Eine Spalte enthält eine Generation Eine Spalte enthält eine Generation Eine Zeile enthält Teilchen mit ähnlichen Eigenschaften Eine Zeile enthält Teilchen mit ähnlichen Eigenschaften Probleme/Wiederholung des Standardmodells - Fermionen

5 5 Probleme: Die Fermionen des Standardmodells Warum stimmt die Ladung des Protons mit der Ladung des Elektrons überein? (direkt nachgewiesen mit einer relativen Genauigkeit von ) Warum stimmt die Ladung des Protons mit der Ladung des Elektrons überein? (direkt nachgewiesen mit einer relativen Genauigkeit von ) Warum gibt es 3 Generationen? Warum gibt es 3 Generationen? Probleme/Wiederholung des Standardmodells - Fermionen

6 6 Wiederholung: Die WW im Standardmodell Allgemeine RelativitätstheorieQuantenchromodynamik Elektroschwache Theorie Probleme/Wiederholung des Standardmodells - Wechselwirkungen

7 7 Probleme: Die WW im Standardmodell Der Gültigkeitsbereich der Theorien ist beschränkt (Planck-Ära) Der Gültigkeitsbereich der Theorien ist beschränkt (Planck-Ära) Warum gibt es 4 Kräfte? Warum gibt es 4 Kräfte? Probleme/Wiederholung des Standardmodells - Wechselwirkungen

8 8 Sonstige Probleme / Ungelöste Fragen des SM Mindestens 18 Parameter im Standardmodell sind experimentell zu bestimmen Mindestens 18 Parameter im Standardmodell sind experimentell zu bestimmen (z.B. die Massen der Fermionen und der Bosonen, die Kopplungskonstanten der Wechselwirkungen, die CKM-Matrix, die leptonische Mischungsmatrix) Dunkle Materie!? Dunkle Materie!? Wo ist das Higgsboson? Wo ist das Higgsboson? Materie und Antimaterie-Ungleichgewicht Materie und Antimaterie-Ungleichgewicht u.a. u.a. Probleme/Wiederholung des Standardmodells – Sonstige Probleme

9 9 Inhalt Wiederholung/Probleme des Standardmodells Wiederholung/Probleme des Standardmodells Grand Unified Theories Grand Unified Theories Exkursion: Symmetriegruppen Exkursion: Symmetriegruppen Die SU(5) Die SU(5) Vereinheitlichung der Kopplungskonstanten Vereinheitlichung der Kopplungskonstanten Supersymmetrie Supersymmetrie Zusammenfassung Zusammenfassung

10 10 Exkursion: Symmetriegruppen des Standardmodells Grand Unified Theories – Exkursion: Symmetriegruppen

11 11 Definition: Grand Unified Theories Die GUTs versuchen die starke, die schwache und die elektromagnetische Kraft zu vereinen Die GUTs versuchen die starke, die schwache und die elektromagnetische Kraft zu vereinen Grand Unified Theories – Exkursion: Symmetriegruppen Die Symmetriegruppe des Standardmodells: Die Symmetriegruppe des Standardmodells: Idee: Diese Symmetriegruppe ist teil einer größeren Symmetriegruppe G Idee: Diese Symmetriegruppe ist teil einer größeren Symmetriegruppe G

12 12 Die SU(5) Die SU(5) ist die kleinste einfache Symmetriegruppe, die das Standardmodell beherbergen kann: Die SU(5) ist die kleinste einfache Symmetriegruppe, die das Standardmodell beherbergen kann: Grand Unified Theories – Die SU(5) Die neuen X- und Y-Bosonen können Quarks in Leptonen umwandeln und umgekehrt Die neuen X- und Y-Bosonen können Quarks in Leptonen umwandeln und umgekehrt

13 13 Phänomenologie der SU(5): Der Protonenzerfall p -> e Lebensdauer des Protons für diesen Zerfallsmodus: Grand Unified Theories – Die SU(5)

14 14 Zur elektromagnetischen Kopplungskonstanten Grand Unified Theories – Vereinheitlichung der Kopplungskonstanten

15 15 Zur starken Kopplungskonstanten Hier sind zwei Effekte wichtig: Eine Abschirmung der starken Ladung durch virtuelle Quark-Antiquark-Paare: Eine Abschirmung der starken Ladung durch virtuelle Quark-Antiquark-Paare: Grand Unified Theories – Vereinheitlichung der Kopplungskonstanten Eine Verstärkung der starken Ladung durch eine Gluonenwolke um die Quarks: Eine Verstärkung der starken Ladung durch eine Gluonenwolke um die Quarks:

16 16 Vereinheitlichung der Kopplungskonstanten im SM Grand Unified Theories – Vereinheitlichung der Kopplungskonstanten => Protonenzerfall stimmt mit Theorie nicht überein

17 17 Inhalt Wiederholung/Probleme des Standardmodells Wiederholung/Probleme des Standardmodells Grand Unified Theories Grand Unified Theories Supersymmetrie Supersymmetrie Überblick Überblick Konsequenzen Konsequenzen Experimentelle Überprüfung Experimentelle Überprüfung Zusammenfassung Zusammenfassung

18 18 Supersymmetrie Die Supersymmetrie verknüpft Fermionen mit Bosonen Die Supersymmetrie verknüpft Fermionen mit Bosonen Sie sagt zu jedem Teilchen des Standardmodells mit Spin j ein weiteres Teilchen mit Spin j-1/2 voraus Sie sagt zu jedem Teilchen des Standardmodells mit Spin j ein weiteres Teilchen mit Spin j-1/2 voraus Supersymmetrie - Überblick

19 19 Die Teilchen der SUSY Supersymmetrie - Überblick Aber: Sie ist entweder gebrochen oder keine exakte Symmetrie der Natur Masse der neuen Teilchen von der Größenordnung 1 TeV

20 20 Die Kopplungskonstanten im MSSM => Protonenzerfall stimmt mit Theorie überein Supersymmetrie - Konsequenzen

21 21 Experimentelle Überprüfung Masse der SUSY- Teilchen: O(1 TeV) Masse der SUSY- Teilchen: O(1 TeV) LEPII und Tevatron: O(100 GeV) LEPII und Tevatron: O(100 GeV) LHC: Schwerpunktsenergie von 14 TeV LHC: Schwerpunktsenergie von 14 TeV Supersymmetrie – Experimentelle Überprüfung

22 22 Inhalt Wiederholung/Probleme des Standardmodells Wiederholung/Probleme des Standardmodells Grand Unified Theories Grand Unified Theories Supersymmetrie Supersymmetrie Zusammenfassung Zusammenfassung Lösung der Probleme des Standardmodells? Lösung der Probleme des Standardmodells?

23 23 Zusammenfassung I Warum stimmt die Ladung des Protons mit der Ladung des Elektrons überein? Warum stimmt die Ladung des Protons mit der Ladung des Elektrons überein? Lsg.: Leptonen und Quarks befinden sich in einem Multiplett Warum gibt es 3 Generationen? Warum gibt es 3 Generationen? Lsg.: keine Der Gültigkeitsbereich der Theorien ist beschränkt (Planck-Ära) Der Gültigkeitsbereich der Theorien ist beschränkt (Planck-Ära) Lsg.: Gültigkeitsbereich wird sich bei Bestätigung der GUT und SUSY vergrößern

24 24 Zusammenfassung II Warum gibt es 4 Kräfte? Warum gibt es 4 Kräfte? Lsg.: Die GUTs vereinigen 3 Kräfte Mindestens 18 Parameter im Standardmodell sind experimentell zu bestimmen Mindestens 18 Parameter im Standardmodell sind experimentell zu bestimmen Lsg.: keine, Anzahl erhöht sich zunächst Materie und Antimaterie-Ungleichgewicht Materie und Antimaterie-Ungleichgewicht Lsg.: Baryonenzahl wird durch das X-Boson verletzt Wo ist das Higgsboson? Wo ist das Higgsboson? Lsg.: wird vermutlich am LHC nachgewiesen


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