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LeptonMasseLebensdauer e 1 eV 190 keV 18,2 MeV e 511 keV 105,7 MeV 2,197 s 1,777 GeV0,291 ps Leptonen:

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Präsentation zum Thema: "LeptonMasseLebensdauer e 1 eV 190 keV 18,2 MeV e 511 keV 105,7 MeV 2,197 s 1,777 GeV0,291 ps Leptonen:"—  Präsentation transkript:

1 LeptonMasseLebensdauer e 1 eV 190 keV 18,2 MeV e 511 keV 105,7 MeV 2,197 s 1,777 GeV0,291 ps Leptonen:

2 QuarkMassetypische Lebensdauer u1,5 – 3,3 MeV c1,3 GeV10 12 s t171 GeV10 23 s d3,5 – 6,0 MeV10 3 s s100 MeV10 9 s b4,2 GeV10 12 s Quarks:

3 Der Aharonov-Bohm-Effekt: Experiment: Möllenstedt und Bayh, 1962 Bewegungsrichtung des Films Strom konstant Strom wird gleichförmig erhöht Beobachtungs- ebene (Film) Spule Elektronen- strahl HV

4 Ausblick Wechsel- wirkung klassisch Quantenfeldtheorie Gravitation stark schwach elektrisch magnetisch allg. Relati- vitätstheorie (Einstein) Elektro- dynamik (Maxwell) QED QCD QFD GUT Große Vereinheitlichung TOE: Theory of Everything heutiger Stand

5 1.3. Experimentelle Ansätze a) Z-Sektor mit LEP (CERN), SLC, PEP (SLAC), PETRA (DESY) Tevatron (FNAL)LHC (CERN) -Streuung (CERN, FNAL, Kernreaktoren,...) HERA (DESY) mit

6 b) W-Sektor mit LEP (CERN) Tevatron (FNAL)LHC (CERN) HERA (DESY) mit ( ) LEP, CLEO, ARGUS, BES, BaBar, Belle LHC (CERN) (single top production)

7 c) Gluon-Sektor LEP, SLC, PEP, PETRA Tevatron (FNAL)LHC (CERN) HERA (DESY) mit etc.

8 d) Massen-Sektor LEP Tevatron (FNAL) LHC (CERN) Higgs: Quark-Mischung und CP-Verletzung BaBar (SLAC), Belle (KEK) Tevatron (FNAL) LHC (CERN) LEP (CERN), SLC (SLAC) etc.

9 Neutrale Ströme: Gargamelle Blasenkammer (CERN)

10 Erstes Z-Boson im UA1-Detektor (CERN)

11 Energiedeposition im EM-Kalorimeter Verteilung der invarianten Di-Lepton-Massen Z Untergrund

12 Gezeiteneffekte der LEP-Strahlenergie Vollmond Halbmond

13 Spurdetektor teilweise im B-Feld elektromagnetisches Kalorimeter hadronisches Kalorimeter Myon- Spurkammern Teilchen-ID (Cherenkov,TRD) n, K L e p,, K Silizium- Vertexdetektor InnenAußen Prinzip von Großdetektoren Modularer Aufbau

14 Selektion: Z, e e e,, Z, e e Z e e Unsichtbar: ein Diagramm pro Neutrinoflavour mit 2m M Z

15 zwei Spuren jeweils mit Impuls M Z 2 minimal ionisierende Spur durch beide Kalorimeter Spurkammern elektromagnetisches Kalorimeter hadronisches Kalorimeter Myon-Kammern Signale vom Durchgang durch die Myon-Kammern

16 zwei Spuren jeweils mit Impuls M Z 2 zwei e.m. Schauer jeweils mit Energie M Z 2

17 Mittlere -Zerfallsstrecke: 2mm

18 fehlende Energie kleine Multiplizität einzelne Leptonen mit Impuls M Z 2 Jet-artige Strukturen mit 1 5 Hadronen und Gesamtimpuls M Z 2

19 zwei (oder mehr) Jets von Hadronen Impulssumme 0 Energiesumme e e -Schwerpunktsenergie

20 Z-Resonanzkurve und totale Breite

21 Z-Partialbreiten

22 Selektion: Sekundärvertizes

23

24 Z-Resonanzkurve für verschiedene N

25

26 Sensitivität der Asymmetriefaktoren auf den Mischungswinkel

27 Winkelverteilung für Myon-Paare

28 Messung der Rechts-Links-Asymmetrie am Linear-Collider SLC

29 Messung der -Polarisation

30 Winkelabhängigkeit der -Polarisation

31 Z-Kopplungen an Leptonen

32 Winkelasymmetrie für bb- und cc-Ereignisse

33 Z-Kopplungen an Quarks CharmBottom

34

35 Eines der ersten W-Bosonen im UA1-Detektor (CERN)

36 m T -Verteilungen von CDF, D0 (Tevatron) Präzisionsmessung von M W

37 Präzisionsmessung der W-Masse als Test der Schleifenkorrekturen im Standardmodell

38 Cabibbo-Kobayashi-Maskawa-Matrix Unitarität

39 W W W W

40 Allgemeine Lorentzstruktur für Fermionströme Lorentz-Trafo eines Vierervektors: a) Eigentliche LT: b) Uneigentliche LT: BoostDrehung ZeitspiegelungRaumspiegelung

41 1) Skalar (1): 2) Pseudoskalar (1): 3) Vektor (4): 4) Axialvektor (4): 5) Tensor (6): mit 16 linear unab- hängige komplexe 4 4-Matrizen vollständige Basis des -Vektorraums der komplexen 4 4-Matrizen

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45

46 Tiefunelastische Streuung, neutraler Strom (,Z)

47 Tiefunelastische Streuung, geladener Strom (W)

48 elektromagnetisch schwach Vereinigung bei Tief-unelastische e p-Streuung

49 Die starke Kopplungskonstante

50 Die Farbfaktoren der QCD-Eichgruppe

51 Higgs-Mechanismus im Standardmodell Lokal invariant unter SU(2) L U(1) Y Spontane Symmetriebrechung für 2 0

52 Spontane Symmetriebrechung Vakuum: gebrochen ungebrochen

53 Eichfixierung – Eliminierung der Goldstone-Bosonen Symmetrie- Generator (bzw. Linearkomb.) Goldstone- Bosonen Higgs- Bosonen Feldquanten

54 Higgs-Verzweigungsverhältnisse vs. Higgs-Masse

55 Globaler Fit an alle elektroschwachen Observablen mit Higgs-Masse als freier Parameter

56 Ausblick a)Mögliche Erweiterungen: Mehrere Higgs-Dubletts oder Tripletts Mehrere geladene und neutrale Higgs-Bosonen b)Supersymmetrie: Felder supersymmetrische Partner Fermion skalare Boson Boson Spin-½-Fermion Minimale Version der Theorie: 2 Higgs Dubletts h H A H skalar, CP pseudoskalar, CP skalar, geladen neutral Vorhersage: m h M Z m Strahlungskorrektur 150 GeV Partner: Spin-½-Higgsinos Charginos & Neutralinos

57 c)LHC: pp bei (ab 2010), (ab 2013) g g H dominante Erzeugung wichtige Zerfälle für m H H 150 GeV H GeV H 150 GeV

58 Mischung neutraler Mesonen: Erzeugung (starke WW) schwache WW Zerfall (schwache WW) Mischung Konzept des effektiven Hamiltoneans (nicht-hermitesch): Zerfall

59 Oszillationsparameter für -Mischung

60 Messung der -Mischung

61 Schrödingergleichung für wobei: wegen CPT-Symmetrie -Mischung

62 Entdeckung der CP-Verletzung:

63 Zerfallsrate neutraler Kaonen als Funktion der Zeit Interferenzterm extrahiert aus a)

64 e e -B-Fabrik: BaBar (SLAC), (Super-)Belle (KEK) Zukunft: SuperB (?) bei Rom (?) e e 9,0 GeV3,1 GeV WW asymmetrischer Collider Lorentz-Boost t messbar Vorteil: Sehr einfacher Endzustand Herausforderung: Extreme Luminositäten erforderlich heute Routine: Zukunft:

65 Hadronische-B-Fabrik: LHCb am LHC (ab 2010) b-Hadron Signalzerfall b-Hadron Zerfall Flavour-Tag Vorteil: tot riesig; ; ultimative Statistik Herausforderung:komplizierter Endzustand anspruchsvoller Trigger

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67 f) Experimente zu Neutrino-Massen: -Zerfall: E0E0 EeEe Kurie-Plot K(E e ) E 0 m

68 Zerfall ruhender Pionen: p vom Zyklotron Target zum Spektrometer Veto-Szintillator Abbrems-Target und Signal-Szintillator

69 -Zerfall: had im -Ruhesystem m m had

70 Doppel- -Zerfall: Ist e ein Dirac- oder ein Majorana-Teilchen? Ist e ein massives Teilchen? Existieren rechtshändige e -Ströme? E 2e Endpunkts- Energie Normal: L 0 Neutrinolos: L 2 Majorana-

71 Neutrinoloser Doppel- -Zerfall auf dem Quarkniveau: Majoranamasse Chiralitätsflip rechtshändiger geladener Strom Effektive Majoranamasse (Mittelwert, gewichtet mit relativen Beiträgen leichter Majorana-Neutrinos): oder andere neue Physik stets folgt Existenz von Majorana-

72 b) Experimentelle Ansätze: Sensitivitätsbedingung für Nachweis von Oszillationen: Sensitivitätsbedingung für m 2 : sonst Ausschmierung durch experimentelle Auflösung nur sensitiv auf

73 i) DisappearanceExperimente: ii) AppearanceExperimente: QuelleDetektor Fluss Q bekanntFluss D wird gemessen QuelleDetektor Fluss Q bekannt

74 Neutrino-Quellen: Kernkraftwerke atmosphärische Neutrinos innere Erde aktive galaktische Kerne Teilchenbeschleuniger unsere Sonne Supernovae -Quelle -Typen E / MeV L / km m 2 | min / eV 2 Reaktor Beschleuniger Atmossphäre Sonne 0,

75 c) Atmosphärische Neutrinos: Erde kosmische Strahlung (p) Luftschauer,e Untergrund- Detektor

76 -Entstehung in hadronischen Schauern mehr positive als negative kosmische Strahlung Kern in Atmosphäre Erwartung: Im Detektor: Signatur

77 Oszillation auf dem Weg durch die Erde e -Fluss wie erwartet -Fluss von unten zu klein -Fluss von oben

78 Beobachtung der L E-Abhängigkeit des -Defizits und Interpretation als Oszillation

79 Bestätigung: -Disappearance mit long-baseline Beschleuniger- Experimenten ( L km ) atmosphärisch

80 d) Solare Neutrinos: Haupt-Fusionsreaktion in unserer Sonne: E thermisch Solarkonstante: Neutrinosfluss auf der Erde: Detailliertes Modell: Standard-Sonnen-Modell SSM

81 Reaktionen mit e -Produktion im SSM Reaktion Abk. (cm 2 s 1 ) Gesamtfluss bekannt mit 1,2% Genauigkeit!

82 Spektrum solarer Neutrinos im SSM

83 Experimentelle Techniken: a)Nachweis von Kernumwandlungen b)Realzeit-Streuexperimente c)Tieftemperaturdetektoren radiochemischer / geochemischer Nachweis (Schwer-)Wasser-Target hohe Energieschwelle Flüssigszintillator-Target niedrige Energieschwelle Einheit für den gemessenen Neutrinofluss: SNU (Solar Neutrino Unit) 1 SNU Einfänge pro Sekunde und Targetkern

84 Resultate für solare e -Flüsse auf der Erde ReaktionSchwelle Fluss SSM-Vorhersage 37 Cl 37 Ar 814 keV 2,6 SNU 8,0 SNU 71 Ga 71 Ge 233 keV 70 SNU 125 SNU e e e e 5 7 MeV2, cm 2 s 1 8 B 5, cm 2 s keV 233 keV 5 MeV Klares Defizit von solaren Elektron-Neutrinos bei allen Energieschwellen e -Oszillation

85 Direkter Nachweis der solaren e Oszillation Sudbury Neutrino Observatory (SNO) Target: D 2 O (schweres Wasser) Schwellenenergie: 1-2 MeV X exklusiv von 8 B 8 Be e e Reaktionen: Charged Current (CC): Neutral Current (NC): Elastic Scattering (EC): e e W n p p p X X Z n,p p,n n,p p,n e X Z e X e e W e e

86 Lösung des solaren Neutrino-Problems Vorhersage SSM

87 Bestätigung: KamLAND-Experiment mit von Kernkraftwerken ( L km )

88 Experimenteller Stand Neutrino-Oszillationen Linien: Ausschlussgrenzen Flächen: Messungen Solare Neutrinos Reaktor-Neutrinos Atmosphärische Neutrinos Long Baseline -Exp.

89 Spektrum der Neutrino-Masseneigenzustände e oder invertiert:


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