 Leptonen: Lepton Masse Lebensdauer e  1 eV   190 keV   18,2 MeV e 511 keV  105,7 MeV 2,197 s  1,777 GeV 0,291 ps 

 Quarks: Quark Masse typische Lebensdauer u 1,5 – 3,3 MeV c 1,3 GeV

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

QCD QFD QED 1.2.4. Ausblick Wechsel-wirkung klassisch Quantenfeldtheorie allg. Relati-vitätstheorie (Einstein) Gravitation QCD stark TOE: Theory of Everything Große Vereinheitlichung GUT schwach QFD elektrisch Elektro-dynamik (Maxwell) QED magnetisch heutiger Stand

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

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

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

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

Neutrale Ströme: Gargamelle Blasenkammer (CERN)

Erstes Z-Boson im UA1-Detektor (CERN) http://cdsweb.cern.ch

Verteilung der invarianten Di-Lepton-Massen Energiedeposition im EM-Kalorimeter Z Untergrund http://cdsweb.cern.ch

Gezeiteneffekte der LEP-Strahlenergie Vollmond Halbmond

 e  p, , K n, KL  Prinzip von Großdetektoren Modularer Aufbau Spurdetektor teilweise im B-Feld elektromagnetisches Kalorimeter Myon-Spurkammern Silizium-Vertexdetektor Teilchen-ID (Cherenkov,TRD) hadronisches Kalorimeter  e  p, , K n, KL  Innen Außen

ein Diagramm pro Neutrinoflavour mit 2m  MZ Selektion: Z, e e e,, e,, Unsichtbar: Z e e ein Diagramm pro Neutrinoflavour mit 2m  MZ

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

zwei Spuren jeweils mit Impuls MZ2 zwei e.m. Schauer jeweils mit Energie MZ2

Mittlere -Zerfallsstrecke: 2mm

fehlende Energie kleine Multiplizität einzelne Leptonen mit Impuls  MZ2 Jet-artige Strukturen mit 15 Hadronen und Gesamtimpuls  MZ2

zwei (oder mehr) Jets von Hadronen Impulssumme  0 Energiesumme  ee-Schwerpunktsenergie

Z-Resonanzkurve und totale Breite

Z-Partialbreiten

Selektion: Sekundärvertizes

Z-Resonanzkurve für verschiedene N

Sensitivität der Asymmetriefaktoren auf den Mischungswinkel

Winkelverteilung für Myon-Paare

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

Messung der -Polarisation

Winkelabhängigkeit der -Polarisation

Z-Kopplungen an Leptonen

Winkelasymmetrie für bb- und cc-Ereignisse

Z-Kopplungen an Quarks Charm Bottom

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

mT-Verteilungen von CDF, D0 (Tevatron) Präzisionsmessung von MW

Präzisionsmessung der W-Masse als Test der Schleifenkorrekturen im Standardmodell

Cabibbo-Kobayashi-Maskawa-Matrix Unitarität

W W W W

Allgemeine Lorentzstruktur für Fermionströme Lorentz-Trafo eines Vierervektors: a) Eigentliche LT: Boost Drehung b) Uneigentliche LT: Zeitspiegelung Raumspiegelung

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

Tiefunelastische Streuung, neutraler Strom (,Z)

Tiefunelastische Streuung, geladener Strom (W)

Tief-unelastische ep-Streuung elektromagnetisch schwach Vereinigung bei

Die starke Kopplungskonstante

Die Farbfaktoren der QCD-Eichgruppe

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

Spontane Symmetriebrechung Vakuum: gebrochen gebrochen ungebrochen

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

Higgs-Verzweigungsverhältnisse vs. Higgs-Masse

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

6.1.4. Ausblick Mögliche Erweiterungen: Mehrere Higgs-Dubletts oder Tripletts Mehrere geladene und neutrale Higgs-Bosonen Supersymmetrie: Felder  supersymmetrische Partner Fermion  skalare Boson Boson  Spin-½-Fermion Minimale Version der Theorie: 2 Higgs Dubletts  h H A H H skalar, CP   pseudoskalar, CP   skalar, geladen neutral Vorhersage: mh  MZ  mStrahlungskorrektur ≲ 150 GeV Partner: Spin-½-Higgsinos  Charginos & Neutralinos

 LHC: pp bei (ab 2010), (ab 2013) dominante Erzeugung wichtige Zerfälle für mH  H ≲ 150 GeV g H H 150  200 GeV H ≳150 GeV

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

Oszillationsparameter für -Mischung

Messung der -Mischung

Schrödingergleichung für wobei: wegen CPT-Symmetrie  -Mischung

Entdeckung der CP-Verletzung:

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

asymmetrischer Collider ee-B-Fabrik: BaBar (SLAC), (Super-)Belle (KEK) Zukunft: SuperB (?) bei Rom (?) e e WW 9,0 GeV 3,1 GeV t messbar Lorentz-Boost asymmetrischer Collider Vorteil: Sehr einfacher Endzustand Herausforderung: Extreme Luminositäten erforderlich heute Routine: Zukunft:

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

f) Experimente zu Neutrino-Massen: -Zerfall: E0 Ee Kurie-Plot K(Ee) E0m

Abbrems-Target und Signal-Szintillator Zerfall ruhender Pionen: p vom Zyklotron Target    zum Spektrometer  Veto-Szintillator Abbrems-Target und Signal-Szintillator

-Zerfall: had had im -Ruhesystem  m mhad

L  2  Majorana- Doppel--Zerfall: E2e Ist e ein Dirac- oder ein Majorana-Teilchen? Ist e ein massives Teilchen? Existieren rechtshändige e-Ströme? Normal: L  0 Neutrinolos: L  2  Majorana- E2e Endpunkts-Energie

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

Ausschmierung durch experimentelle Auflösung b) Experimentelle Ansätze: Sensitivitätsbedingung für Nachweis von Oszillationen: Sensitivitätsbedingung für m2: sonst Ausschmierung durch experimentelle Auflösung nur sensitiv auf 

i) DisappearanceExperimente: Quelle Detektor Fluss Q bekannt Fluss D wird gemessen ii) AppearanceExperimente: Quelle Detektor Fluss Q bekannt

Neutrino-Quellen: Kernkraftwerke atmosphärische Neutrinos innere Erde aktive galaktische Kerne Teilchenbeschleuniger unsere Sonne Supernovae -Quelle -Typen E / MeV L / km m2|min / eV2 Reaktor 110 0103 105 Beschleuniger 103105 102103 103 Atmossphäre 102104 0104 105 Sonne 0,110 108 1012

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

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

✔ Oszillation  auf dem Weg durch die Erde -Fluss „von oben” e-Fluss wie erwartet -Fluss „von unten” zu klein

Beobachtung der LE-Abhängigkeit des -Defizits und Interpretation als  Oszillation

Bestätigung: -Disappearance mit long-baseline Beschleuniger- Bestätigung: -Disappearance mit long-baseline Beschleuniger- Experimenten ( L  250735 km ) atmosphärisch

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

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

Spektrum solarer Neutrinos im SSM

Experimentelle Techniken: Nachweis von Kernumwandlungen Realzeit-Streuexperimente Tieftemperaturdetektoren radiochemischer / geochemischer Nachweis (Schwer-)Wasser-Target  hohe Energieschwelle Flüssigszintillator-Target  niedrige Energieschwelle Einheit für den gemessenen Neutrinofluss: SNU (Solar Neutrino Unit) 1 SNU  1036 -Einfänge pro Sekunde und Targetkern

Resultate für solare e-Flüsse auf der Erde Reaktion Schwelle Fluss SSM-Vorhersage 37Cl  37Ar 814 keV 2,6 SNU 8,0 SNU 71Ga  71Ge 233 keV 70 SNU 125 SNU e e  e e 57 MeV 2,35106 cm2s1  8B   5,7106 cm2s1 233 keV 814 keV Klares Defizit von solaren Elektron-Neutrinos bei allen Energieschwellen  e-Oszillation 5 MeV

Direkter Nachweis der solaren eOszillation Sudbury Neutrino Observatory (SNO) Target: D2 O (schweres Wasser) Schwellenenergie: 1-2 MeV  X exklusiv von 8B  8Be e e  Reaktionen: Charged Current (CC): Neutral Current (NC): Elastic Scattering (EC): e e W n p X Z n,p p,n e X Z e e W

Lösung des solaren Neutrino-Problems Vorhersage SSM

Bestätigung: KamLAND-Experiment mit von Kernkraftwerken ( L  1001000 km )

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

Spektrum der Neutrino-Masseneigenzustände   1 2 3 oder „invertiert”: