 Leptonen: Lepton Masse Lebensdauer e  1 eV   190 keV 

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1  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 

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

3 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

4 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

5 -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)

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

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

8 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.

9 Neutrale Ströme: Gargamelle Blasenkammer (CERN)

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

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

12 Gezeiteneffekte der LEP-Strahlenergie
Vollmond Halbmond

13  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

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

15 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

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

17 Mittlere -Zerfallsstrecke: 2mm

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

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24 Z-Resonanzkurve für verschiedene N

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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
Charm Bottom

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

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

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: Boost Drehung b) Uneigentliche LT: Zeitspiegelung Raumspiegelung

41  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 

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46 Tiefunelastische Streuung, neutraler Strom (,Z)

47 Tiefunelastische Streuung, geladener Strom (W)

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

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 gebrochen ungebrochen

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

54 Higgs-Verzweigungsverhältnisse vs. Higgs-Masse

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

56 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

57  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

58 ✔ Mischung neutraler Mesonen:
schwache WW Erzeugung Zerfall (starke WW) (schwache WW) 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 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:

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: E0 Ee Kurie-Plot K(Ee) E0m

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

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

70 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

71 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):

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

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

74 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 103 103 Atmossphäre 102 104 105 Sonne 0,1 12

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

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

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

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

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

80 Ethermisch  Solarkonstante:
d) Solare Neutrinos: Haupt-Fusionsreaktion in unserer Sonne: Ethermisch  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:
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

84 Resultate für solare e-Flüsse auf der Erde
Reaktion Schwelle Fluss SSM-Vorhersage 37Cl  37Ar 814 keV ,6 SNU ,0 SNU 71Ga  71Ge 233 keV SNU 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

85 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

86 Lösung des solaren Neutrino-Problems
Vorhersage SSM

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

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

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