Antrittsvorlesung13. Juni 2005. Der Teilchenzoo aus heutiger Sicht.

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1 Antrittsvorlesung13. Juni 2005

2 Der Teilchenzoo aus heutiger Sicht

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5 aus der Sicht des Elementarteilchenphysikers

6 aus der Sicht des Elementarteilchenphysikers von 1937 ein konsistentes Bild

7 µ e Entdeckung 1937 Nebelkammer Who ordered that ? Isidor Rabi

8 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)

9 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

10 Burt Richter SLAC Sam Ting BNL November 1974 Herbst 1974

11 c-Quark c-Antiquark Ein Atom aus Quarks

12 Burt Richter SLAC Sam Ting BNL Ψ J Ψ J

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

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

15 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 ?

16 griechisch das Dritte

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

18 + 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

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20 Beijing Electron Positron Collider BEPC e + e - + - E CM > 2 m 1776.99 MeV/c 2 +0.29 -0.26

21 ein typisches Ereignis im OPAL Detektor e + e - Z 0 + - + + - - - + Flugstrecke l = γ β c T

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23 290.6 ± 1.1 fsec

24 Silizium – Detektoren für den CMS - Tracker

25 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

26 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

27 kombinierte Symmetrietransformation Raumspiegelung x Materie Antimaterie MaterieAnti-Materie

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

29 Urknall Materie = Antimaterie Heute ausschließlich Materie

30 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 / 6 10 10 Photonen

31 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

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

33 unmeßbar klein (d 10 -34 e cm) jenseits des Standard Modells

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35 Observable: Impuls + Spin von + und -

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37 ca. 100.000 e + e - + - 5 Zerfälle untersucht: e e Impulsmessung Spinvektor aus Impulsen der Zerfallsprodukte

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39 = c d Schwaches Dipolmoment des Taus | Re (d ) | < 3.2 10 -18 e cm | Im (d ) | < 9.4 10 -18 e cm

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

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

42 ->

43

44 Leptonzahl verletzt ! ->

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

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

47 Auswirkungen auf das Tau ? - - W-W- - - Verzweigungsverhältnis Standard Modell: 10 -40 andere Modelle: 10 -40 … 10 -6

48 Auswirkungen auf das Tau ? - - W-W- - - + - Verzweigungsverhältnis Standard Modell: 10 -40 … 10 -14 andere Modelle: 10 -40 … 10 -7 - +

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

50 13 observed 7.8 1.4 events expected Prob. of 7.8 1.4 events fluctuating to 13 or more in absence of signal is 7.6%. efficiency = 5.2 0.1 0.5% N =56million - - BR( 2.0x 10 -6 @90%CL BaBar

51 - - + - mit CMS am LHC Vorteil: Mehr taus Nachteil: Mehr Untergrund

52 - - + - bei CMS Computersimulation eines Signalereignisses

53 - - + - bei CMS Arbeit hat begonnen! W 10.000 Ereignisse Trigger Spurrekonstruktion

54 Freue mich auf gute Zusammenarbeit mit Studenten und Kollegen