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Meilensteine der Teilchenphysik Ab ca. 1900 Quantenmechanik, Atomphysik Ca. 1940 … 1950 Quantenelektrodynamik Ca. 1950 … 1965 Kerne, Hadronen, Symmetrien,

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Präsentation zum Thema: "Meilensteine der Teilchenphysik Ab ca. 1900 Quantenmechanik, Atomphysik Ca. 1940 … 1950 Quantenelektrodynamik Ca. 1950 … 1965 Kerne, Hadronen, Symmetrien,"—  Präsentation transkript:

1 Meilensteine der Teilchenphysik Ab ca Quantenmechanik, Atomphysik Ca … 1950 Quantenelektrodynamik Ca … 1965 Kerne, Hadronen, Symmetrien, Feldtheorien Ca … 1975 Quarkmodell, Eichtheorien Ca … 1983 Quantenchromodynamik, elektroschwache Vereinigung - W/Z am SppS (UA1, UA2) - = h/p Energie T t -1/ m 10 eV > a m MeV-GeV 3 min m >> GeV s m 100 GeV s

2 Meilensteine der Teilchenphysik e udud cscs btbt RGB 6 Leptonen 6 Quarks LEP Familien Tevatron (CDF, D0) 1994 Top-Quark Superkamiokande et al Neutrino-Oszillationen Tevatron (DONUT) Neutrino CERN 2000 Quark-Gluon-Plasma m 1 TeV s m GeV s m GeV s Grand Unification …? Superunification, Quantengravitation,..? CERN-LHC ab 2007 Higgs, SUSY, …? 3 Farben / Quark

3 Offene Fragen der Teilchenphysik Ursprung und Hierarchie der Teilchenmassen Gibt es ein Higgs-Teilchen und was ist seine Masse? Wie muß das Standardmodell erweitert werden? Supersymmetrie, Grand Unified Theories, … Gibt es eine Substruktur von Quarks und Leptonen? Gibt es mehr als drei leichte Generationen? Gibt es schwere Neutrinos? Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie Stabilität des Protons Woraus besteht die dunkle Materie des Kosmos? Ursprung des quantenchromodynamischen Confinement Quark-Gluon-Plasma Wie kann die Gravitation eingebunden werden?

4 Livingston-Diagramm Die sukzessive Erhöhung der Strahlenergie beruht auf Fortschritten in der Beschleunigertechnologie. Supraleitende Magneten ermöglichen Proton- Proton-Kollisionen mit Schwerpunktsenergie s = 14 TeV am LHC.

5 Parameter des Large Hadron Collider Proton- Proton Umfang: 27 km Teilchenpakete: Protonen / Paket: Strahlenergie: 2 x 7 TeV Luminosität: cm -2 s -1 Strahlkreuzungsintervall: 25 ns Kollisionsrate: 10 7 … 10 9 Hz Flußdichte der Dipolmagneten: 8.4 T Anzahl der Dipolmagneten: ca Schwerionen (Pb-Pb, S-S, etc.) Strahlenergie: bis zu 5.5 TeV/Nukleonenpaar Luminosität: cm -2 s -1 für Blei cm -2 s -1 für Sauerstoff Strahlkreuzungsintervall: 125 ns Parton Pakete

6 LHC-Beschleunigertechnologie String-Test für Dipolmagnete

7 LHC-Beschleunigertechnologie Supraleitende Hochfrequenzkavität

8 Wirkungsquerschnitte Wirkungsquerschnitte für verschiedene Prozesse variieren über viele Größenordnungen inelastisch: 10 9 Hz W lv: 100 Hz tt: 10 Hz Higgs (100 GeV): 0,1 Hz Higgs (600 GeV): 0,01 Hz Erforderliche Selektivität 1 :

9 Zielsetzungen der LHC-Experimente Standardmodell-Physik QCD, elektroschwache Theorie (Higgs, W, Z, Top, Jets, …)Supersymmetrie SUSY-Higgsbosonen, andere supersymmetrische Teilchen,... Andere Erweiterungen des Standardmodells Compositeness, Technicolor, Leptoquarks, neue schwere Vektorbosonen,...B-Physik CP-Verletzung, B 0 -B 0 Oszillationen, seltene B-Zerfälle,...Schwerionenphysik Quark-Gluon-Plasma Physik bei kleinen Winkeln total, elastische Streuung, Diffraktion Neue Phänomene

10 Experimente am LHC TOTEM

11 Experimentelle Herausforderungen Pile-up tot 100 mb, tot 100 mb, hohe Luminosität -> bis zu 25 p-p-Kollisionen pro Strahlkreuzung, 1000 geladene Teilchen in | | < 2.5 Konsequenzen für Detektoren: Kleine Signalantwortzeiten (typisch 25 bis 50 ns) Hohe Granularität (> 10 8 Kanäle) Hohe Strahlungsfestigkeit (Fluß Neutronen/cm 2, Dosisleistung bis zu 10 7 Gy nach 10 Jahren Betrieb) in StrahlnäheQCD-Untergrund Rate dominiert durch Jet-Produktion (qq -> qq, gg -> qq etc.), daher i.a. in der Praxis nur Zerfälle mit Leptonen und Photonen verwendbar. Ereignisrate daher klein.

12 Wo ist das Higgs? 18 überlagerte p-p-Kollisionen im inneren Teil des CMS-Trackers, darunter 4 Müonspuren von einem Higgszerfall

13 Hier! Transversalimpulsschnitt von p T > 2 GeV nach Spurrekonstruktion

14 Neutronenfluß in CMS Neutronen pro cm 2 für 5 x 10 pb -1

15 Dosisleistung in CMS Dosisleistung in Gy für 5 x 10 pb -1

16 Typischer Detektoraufbau Leichte Materalien Schwere Materalien (Eisen oder Kupfer + aktives Material) Materalien mit hoher Protonen- zahl + aktives Material Elektromagnetische und hadronische Kalorimeter Teilchenidentifikation (e,, Jets, fehlendes E T ) Energiemessung Müondetektoren Müonidentifikation Impulsmessung Zentraldetektor Spuren Impulsmessung Vektor zu elektromagnetischen Schauern Vertices

17 Magnetkonfigurationen Die Magnetkonfiguration bestimmt die Charakteristik eines LHC-Experiments. ATLAS A Toroidal LHC Apparatus CMS Compact Muon Solenoid

18 ATLAS-Toroide Prototyp eines Barrel-Toroids (Spitzenflußdichte 3.9 Tesla)

19 CMS-Solenoid Modellmaschine zur Herstellung der SpuleMagnetjoch Größtes Solenoid der Welt 4 Tesla maximale Flußdichte 2.5 GJ gespeicherte Energie

20 ATLAS-Detektor

21 CMS-Detektor

22

23 Detektoren in ATLAS und CMS

24 Trigger und Datenakquisition

25 ATLAS Universität Innsbruck: Simulationsstudien (B-Physik, …), PhysikanalyseCMS Institut für Hochergiephysik der ÖAW: Globaler Triggerprozessor Regionaler + globaler Müontriggerprozessor Bau von Modulen und Steuerelektronik des Silizium- Trackers und Pixeldetektors Bau von Teilen des Alignment-Systems Software, Simulationsstudien (SUSY, …), Physikanalyse Neue Mitarbeiter und Studenten (Sommer, Diplomarbeiten, Dissertationen) willkommen! Österreichische Beiträge zu LHC-Experimenten

26 And so we say good-bye We hope you have enjoyed the world of particles as much as we do. We have so much to learn, to increase man s knowledge and his control over his environment THE END B. Southworth, G. Boixader (CERN)


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