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
Hartmut Abele, University of Heidelberg
... 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 ~ 10-18 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
Antwort: Präzisionsmessungen bei niederen Energien Unbekannter Prozess bei unerreichbar hoher Energie, z.B. M ~ 105...19GeV 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
100 GeV, LEP-energy at CERN = 1/128 = 1/137 Hartmut Abele, University of Heidelberg
MPL MnPL GUT quantum gravity 100 GeV, LEP-energy at CERN = 1/128 = 1/137 quantum gravity MnPL Hartmut Abele, University of Heidelberg
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
Gamma Matrizen Hartmut Abele, University of Heidelberg
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
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
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
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
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
For correlation coefficient A measurements… Neutrons: 160 Mio Polarizer: 99.75 % Spin Flipper: 100.05% Analyzer: 100 % 3He-cells Spectrometer Hartmut Abele, University of Heidelberg
Neutron Production at the ILL Fission: 2 MeV Thermal: 25meV, 300K Cold: 4 meV, 40K Hartmut Abele, University of Heidelberg
Technische Entwicklungen UHD Neutrograph, Radio- und Tomographiestation Hartmut Abele, University of Heidelberg
Technische Entwicklungen FIRMENGRÜNDUNGEN: 2001 SDH Neutronenoptik H. Haese 2007 CASCADE große superschnelle n-Detektoren M. Klein et al. Hartmut Abele, University of Heidelberg
Neutronenradiographie www.neutrograph.de Neutronenradiographie Sendung Campus-TV, ab 23. März 2007 Hartmut Abele, University of Heidelberg
Common Rail Diesel Injector 0.8 % 0.4% time resolution of 100 µs Integration of 52000 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
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
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
PERKEO III PERKEO III Hartmut Abele, University of Heidelberg
Results PERKEO II (2006) Spectra Dissertation D. Mund, 2006 Hartmut Abele, University of Heidelberg
Result for A Hartmut Abele, University of Heidelberg Dissertation D. Mund, 2006
Beamrelated Background Electron-Spectrum Beamline BG Collimation system < 0.15 s-1 Det. 0 Det. 1 Fitregion Hartmut Abele, University of Heidelberg
Hartmut Abele, University of Heidelberg
Recommended value for lambda = -1.27500.0009 Calculate SM Lifetime t = 882 ± 1.0 s vs 885.7 ± 0.7 s PDG 2006 vs 878.5 ± 0.7 s Serebrov et al. 2002: result: A = -0.1189(8) = -1.2739(19) 2006: result: A = -0.11948(40) = -1.2754(11) Hartmut Abele, University of Heidelberg
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