Standardmodell der Teilchenphysik

Präsentation zum Thema: "Standardmodell der Teilchenphysik"—  Präsentation transkript:

1 Standardmodell der Teilchenphysik
Input: Principia: Eichprinzip angewandt auf U(1) x SU(2) x SU(3) Lorentzinvarianz: x‘ = Lx CPT, ...Invarianz Output: Wechselwirkungen Bewegungsgleichungen Maxwell, Schrödinger, Dirac Existenz der Photonen, Gluonen, W±, Z0 (Träger der WW) Erhaltung der Ladungen (Quelle der WW) Fazit: SM ist sehr erfolgreich z.B. als Basis für Technologie, Chemie, Mol.biologie D. Dubbers 2007 Hartmut Abele, University of Heidelberg

2 Hartmut Abele, University of Heidelberg

3 ... jedoch unvollständig! ungelöste Probleme (DPG 2007):
3 Teilchenfamilien (#1) 12 Massen (#2) 4 Phasen der Quarkmischung (#1) 4 Phasen Leptonmischung Paritätsverletzung (#1) Gravitation (#2) CP-Verletzung und die Baryon-Asymmetrie des Universums (#2) Massen- und Energiedichte des Universums (#1,2) Frage: gibt es eine universelle Lösung zu allen verbleibenden Frage? Falls ja, dann findet diese Vereinheitlichung voraussichtlich bei extrem hohen Energien statt! Theorie: Antibaryon-Dichte = Baryon-Dichte ~ Photon Dichte Messung: Antibaryon-Dichte << Baryon-Dichte ~ 10-9 Photon Dichte (Neutron größter Einzelfehler) mögliche Erklärung: Verletzung der 'CP-Symmetrie‘ (#3) Info aus BBN + n bzw.WMAP D. Dubbers 2007 Hartmut Abele, University of Heidelberg

4 Antwort: Präzisionsmessungen bei niederen Energien
Unbekannter Prozess bei unerreichbar hoher Energie, z.B. M ~ GeV hat einen Propagator, der vom Arbeitsbereich z.B. 1 neV bzw. 103GeV unabhängig ist und klein ist: benötigt wird: Hohe Präzision, die bei niederen Energien am größten ist Hartmut Abele, University of Heidelberg

5 100 GeV, LEP-energy at CERN  = 1/128  = 1/137
Hartmut Abele, University of Heidelberg

6 MPL MnPL GUT quantum gravity 100 GeV, LEP-energy at CERN  = 1/128
 = 1/137 quantum gravity MnPL Hartmut Abele, University of Heidelberg

7 Standardmodell der Teilchenphysik
Input: Principia: Eichprinzip angewandt auf U(1) x SU(2) x SU(3) Lorentzinvarianz: x‘ = Lx CPT, ...Invarianz Output: Wechselwirkungen Bewegungsgleichungen Maxwell, Schrödinger, Dirac Existenz der Photonen, Gluonen, W±, Z0 (Träger der WW) Erhaltung der Ladungen (Quelle der WW) Fazit: SM ist sehr erfolgreich z.B. als Basis für Technologie, Chemie, Mol.biologie D. Dubbers 2007 Hartmut Abele, University of Heidelberg

8 Gamma Matrizen Hartmut Abele, University of Heidelberg

9 Drei Besonderheiten des Standardmodells
1. Paritätsverletzung Neutron -Zerfall Lebensdauer  ~ 15 min -Endpunktenergie: Emax = 782 keV V-A Theorie: Vektorkopplung: gV = GF Vud f1(q2→0) Axialvektorkopplung: gA = GF Vud  g1(q2→0) Verhältnis  = gA/ gV Frage: V+A (WR, ), S, T? Hartmut Abele, University of Heidelberg

10 Neutron Beta Decay J W(J)={1+v/cPAcos(J)} Detector Detector
Electron Neutron Spin Electron Neutron Spin A W(J)={1+v/cPAcos(J)} Detector Hartmut Abele, University of Heidelberg

11 Correlation measurements in -decay
Electron Proton Neutrino Neutron Spin A B C a n  p e e D R N Observables in neutron decay: Lifetime  Spin Momenta of decay particles Hartmut Abele, University of Heidelberg

12 Parameters and Observables
Strength: GF Quark mixing: Vud Ratio:  = gA/gV Observables Lifetime  Correlation A Correlation B Correlation C Correlation a Correlation D Correlation R Beta Spectrum Proton Spectrum Polarized Spectra Beta Helicity A Neutron Spin Electron B C Neutrino Proton Hartmut Abele, University of Heidelberg

13 Coefficient A determine Vud and l Coefficient A and lifetime t
W(J)={1+v/cPAcos(J)} Electron Neutron Spin Electron Neutron Spin A J Coefficient A and lifetime t determine Vud and l = gA/gV No coincidences ! Hartmut Abele, University of Heidelberg

14 For correlation coefficient A measurements…
Neutrons: Mio Polarizer: % Spin Flipper: % Analyzer: % 3He-cells Spectrometer Hartmut Abele, University of Heidelberg

15 Neutron Production at the ILL
Fission: 2 MeV Thermal: 25meV, 300K Cold: 4 meV, 40K Hartmut Abele, University of Heidelberg

16 Technische Entwicklungen UHD
Neutrograph, Radio- und Tomographiestation Hartmut Abele, University of Heidelberg

17 Technische Entwicklungen  FIRMENGRÜNDUNGEN:
2001 SDH Neutronenoptik H. Haese 2007 CASCADE große superschnelle n-Detektoren M. Klein et al. Hartmut Abele, University of Heidelberg

18 Neutronenradiographie
Neutronenradiographie Sendung Campus-TV, ab 23. März 2007 Hartmut Abele, University of Heidelberg

19 Common Rail Diesel Injector
0.8 % 0.4% time resolution of 100 µs Integration of images per time step Pressure at the order of 350 bar 50 mm 0% Equipment supplied by Robert Bosch GmbH, Stuttgart 10 mm 500 µs 600 µs 700 µs 800 µs From M. Engelhardt, Diplomathesis, TUM Hartmut Abele, University of Heidelberg

20 Gravity Experiment: 1 pico-eV
Neutron Production Fission: 2 MeV Thermal: 25meV, 300K Cold: 4 meV, 40K ultra cold: 100 neV, 1mK Gravity Experiment: 1 pico-eV Hartmut Abele, University of Heidelberg

21 PERKEO III 20 October 2006 – 11 April 2007
Virtually no systematic errors - background - edge effect - mirror effect B. Maerkisch, D. Dubbers, H.A. et al. to beamstop Hartmut Abele, University of Heidelberg

22 PERKEO III PERKEO III Hartmut Abele, University of Heidelberg

23 Results PERKEO II (2006) Spectra
Dissertation D. Mund, 2006 Hartmut Abele, University of Heidelberg

24 Result for A Hartmut Abele, University of Heidelberg
Dissertation D. Mund, 2006

25 Beamrelated Background
Electron-Spectrum Beamline BG Collimation system < 0.15 s-1 Det. 0 Det. 1 Fitregion Hartmut Abele, University of Heidelberg

26 Hartmut Abele, University of Heidelberg

27 Recommended value for lambda
 = 0.0009 Calculate SM Lifetime t = 882 ± 1.0 s vs ± 0.7 s PDG 2006 vs ± 0.7 s Serebrov et al. 2002: result: A = (8)  = (19) 2006: result: A = (40)  = (11) Hartmut Abele, University of Heidelberg

28 Collaboration PERKEO 1995 - 2007
Universität Heidelberg Stefan Baeßler, C. Raven, T. Müller, C. Metz, M. Astruc Hoffmann, Uta Peschke, Jürgen Reich, Bernhard Brand, Michael Kreuz, Ulrich Mayer Daniela Mund, Christian Plonka, Christian Vogel, Bastian Märkisch, Markus Brehm, Jochen Krempel, Marc Deissenroth, Marc Schumann, Alexander Kaplan, Daniel Wilkin, Dirk Dubbers, H.A. ILL Grenoble J. Last, U. Mayerhofer, O. Zimmer, V. Nesvizhevsky, T. Soldner, A. Petoukhov FZK F. Glück U. Mainz S. Baeßler Hartmut Abele, University of Heidelberg