Antrittsvorlesung13. Juni 2005

Der Teilchenzoo aus heutiger Sicht

aus der Sicht des Elementarteilchenphysikers

aus der Sicht des Elementarteilchenphysikers von 1937 ein konsistentes Bild

µ e Entdeckung 1937 Nebelkammer Who ordered that ? Isidor Rabi

Warum gibt es mehr als eine Teilchengeneration ? Frage nach wie vor ungeklärt Intensive Forschung seit der Entdeckung des Müons Wir wissen heute: Es gibt 3 Generationen (LEP)

Das fehlende c-Quark war vorhergesagt u d u s d s d d u u s s schwache Zerfälle GIM Mechanismus braucht c-Quark

Burt Richter SLAC Sam Ting BNL November 1974 Herbst 1974

c-Quark c-Antiquark Ein Atom aus Quarks

Burt Richter SLAC Sam Ting BNL Ψ J Ψ J

Stanford Positron Electron Accelerator Ring e + e - 3 … 7 GeV Schwerpunktsenergie November 1974

Stanford Positron Electron Accelerator Ring e + e - 3 … 7 GeV Schwerpunktsenergie November 1974 Martin Perl

e + e - e + µ - Leptonzahl π + µ + ν µ µ - e - ν e ν µ Z 0 µ + µ - Z 0 e + µ - LEP fehlende Energie Vermutung: e + e - τ + τ - τ - µ - ν µ ν τ τ + e + ν e ν τ Aber ! Who ordered that ?

griechisch das Dritte

kinematisch verboten verletzt E-Satz 2-Körper-Zerfall monoenergetische µ 3-Körper-Zerfall kontinuierliches Spektrum Entdeckung des Tau-Neutrinos ?

+ e + e e + + µ e Para-Lepton + e + e e + + µ e Ortho-Lepton + e + e + + µ Sequentielles Lepton V e 2 V µ 1 = 17,84 % 17,36 % + e + e + e - okay + e + + e - eigene Generation

Beijing Electron Positron Collider BEPC e + e E CM > 2 m MeV/c

ein typisches Ereignis im OPAL Detektor e + e - Z Flugstrecke l = γ β c T

290.6 ± 1.1 fsec

Silizium – Detektoren für den CMS - Tracker

PCAC (partially conserved Axialvector Current) Masse Lebensdauer elektr. Dipolmoment magn. Moment Anapole Moment Verzweigungs- verhältnisse schwache Kopplung Paritäts- verletzung Polarisation Cabibbo Winkel Isospin Verletzung Resonanz- strukturen Quark-Hadron Dualität CVC (conserved Vector Current) Wess-Zumino Anomaly αsαs Neutrino masse Neutrino Helizität CP Verletzung Leptonzahl Michel- parameter 2nd class currents EPR

PCAC (partially conserved Axialvector Current) Masse Lebensdauer elektr. Dipolmoment magn. Moment Anapole Moment Verzweigungs- verhältnisse schwache Kopplung Paritäts- verletzung Polarisation Cabibbo Winkel Isospin Verletzung Resonanz- strukturen Quark-Hadron Dualität CVC (conserved Vector Current) Wess-Zumino Anomaly αsαs Neutrino masse Neutrino Helizität CP Verletzung Leptonzahl Michel- parameter 2nd class currents EPR

kombinierte Symmetrietransformation Raumspiegelung x Materie Antimaterie MaterieAnti-Materie

Erzwingt gleiches Verhalten von Materie CP (Materie) e+e+ e-e- + - insbesondere Produktion gleicher Mengen Materie und Antimaterie

Urknall Materie = Antimaterie Heute ausschließlich Materie

1966 Bedingungen für die Entstehung eines Materieüberschusses im Universum 1. Verletzung der CP-Symmetrie 2. Nichterhaltung der Baryonenzahl 3. Thermodynamisches Ungleichgewicht Materie – Antimaterie Vernichtung Materieüberschuss bleibt zurück heutige Materie Heute: 1 Baryon / Photonen

Verletzung der CP-Symmetrie beobachtet (1964 Cronin/Fitch K 0 L ) Standard Modell enthält CP-Verletzung (1972 Kobayashi Maskawa) B-Fabriken bestätigen Standard Modell (2001 B 0 J/ K 0 ) CP Verletzung zu gering um Materieüberschuss quantitativ zu erklären! Suche nach CP-Verletzung in der Tau-Produktion

CP ungerade Observablen CP O = - O 0 CP Verletzung CP Symmetrie = 0

unmeßbar klein (d e cm) jenseits des Standard Modells

Observable: Impuls + Spin von + und -

ca e + e Zerfälle untersucht: e e Impulsmessung Spinvektor aus Impulsen der Zerfallsprodukte

= c d Schwaches Dipolmoment des Taus | Re (d ) | < e cm | Im (d ) | < e cm

d ~ m 3 / m 2 Weitere Verbesserungen erst mit dem ILC e+e+ e-e- d t ~ m t 3 / m 2

(Leptonen – Antileptonen) Anfang = (Leptonen – Antileptonen) Ende für jede Generation K - B 0 D - + t b + e + e D - - keine Verletzungen beobachtet

->

Leptonzahl verletzt ! ->

Auswirkungen auf das Tau ? - - W-W- - -

Auswirkungen auf das Tau ? - - W-W- - - Neutrino- oszillation okay Aber: Energie/Impulssatz verletzt

Auswirkungen auf das Tau ? - - W-W- - - Verzweigungsverhältnis Standard Modell: andere Modelle: … 10 -6

Auswirkungen auf das Tau ? - - W-W Verzweigungsverhältnis Standard Modell: … andere Modelle: …

- - e + e e + e - - Inv. Masse ( + ) = Masse (Tau) Energie (Myonen) = Energie (Tau) ca. 10 8

13 observed events expected Prob. of events fluctuating to 13 or more in absence of signal is 7.6%. efficiency = % N =56million - - BR( 2.0x 10 BaBar

mit CMS am LHC Vorteil: Mehr taus Nachteil: Mehr Untergrund

bei CMS Computersimulation eines Signalereignisses

bei CMS Arbeit hat begonnen! W Ereignisse Trigger Spurrekonstruktion

Freue mich auf gute Zusammenarbeit mit Studenten und Kollegen