Vorlesung 1 Einleitung, Hintergrund Experimentelle Methoden der Teilchenphysik - Das CMS-Experiment Rundgang durch ein Experiment der Hochenergiephysik

Vorlesung 1Einleitung,

Hintergrund

Experimentelle Methoden der Teilchenphysik - Das CMS-Experiment

Rundgang durch ein Experiment der Hochenergiephysik

Thomas Schörner-Sadenius, Georg SteinbrückPeter Schleper

Universität HamburgWinter-Semester 2004/05


Hintergrund

Einleitungund

Lebenslauf der Teilchenphysik

Thomas Schörner-Sadenius, Georg SteinbrückPeter Schleper

Universität HamburgWinter-Semester 2004/05

WS 2004/05, 12.370 Schörner-Sadenius, Steinbrück: Teilchenphysik, CMS

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HintergrundVorlesung 1

Einleitung in die Vorlesung Worum es geht: CMS und LHC Teilchenphysik heute – wo stehen wir?

`Lebenslauf’ der Teilchenphysik Was sind die aktuellen Fragen? Probleme? Warum LHC? Warum CMS?

CERN und das LHC-Projekt CERN: Geschichte, Organisation,

Beschleuniger Das LHC-Projekt We proudly present: CMS


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Hintergrund

Einleitung - Die VorlesungDie Vorlesung soll … Die Bedeutung der neuesten Generation von Experimenten der

Teilchenphysik verdeutlichen Stand der Forschung (grob), Motivation Erwartungen an die Experimente

Anhand eines konkreten Beispiels (CMS) die Organisation und Durchführung eines Experiments erläutern Kollaboration Detektor Datennahme

Das oft theorielastige Studium durch praxisnahe Einblicke in die experimentelle Wirklichkeit erweitern `saubere’ Theorie gegen `dreckige’ Praxis

Bei den Teilnehmern die Begeisterung für die Hochenergiephysik wecken Hochenergiephysik ist ein sehr breites Feld! Wir sind ganz tolle Diplomarbeitsanleiter!


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HintergrundDie VorlesungDiese Vorlesung kann und soll nicht …In die theoretischen Grundlagen der Teilchenphysik einführen.

Quantenfeldtheorie, Eichtheorien, Standard-Modell …

Den aktuellen Forschungsstand auch nur eines Teilgebietes der Teilchenphysik im Detail aufzeigen. QCD, Elektroschwache WW, Supersymmetrie, Neutrinos …

Details der Detektor- oder Beschleunigerphysik darlegen Auch wenn wir viel über den Detektor sprechen werden.

Für alle diese Aspekte der Teilchenphysik gibt es Spezial-veranstaltungen, die aber keine Voraussetzung für die Vorlesung sind – das allernötigste wird jeweils geliefert. Bitte nachfragen – es ist sehr schwer, Ihre Vorkenntnisse richtig

einzuschätzen – und jeder wird ein anderes Vorwissen haben.


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HintergrundDie Vorlesung… soll Ihre Vorlesung sein!

Sie können und sollen im zeitlichen Rahmen die Inhalte durch Fragen oder Wünsche mitbestimmen.

Wir brauchen Ihr Feedback bzgl. Inhalt und Präsentation – nur mit Ihrer Hilfe können wir besser werden.

Nutzen Sie die Anregungen, die diese Vorlesung aufwirft Fragen, Literaturangaben, weitere Veranstaltungen Weitere Ausrichtung des Studiums

Alle Vorlesungen finden Sie im Web unter:www.desy.de/~schorner/lehre/ws0405/

cms.vorlesung.html


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HintergrundWorum es geht: LHC Large Hadron Collider

CERN


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HintergrundWorum es geht: LHC Large Hadron Collider


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HintergrundWorum es geht: CMSCompact Muon Solenoid

Eines von ~2 Hochenergiephysik-Experimenten am Proton-Proton-Speicherring LHC des CERN in Genf daneben noch ATLAS (und LHCb und Alice)

‘Compact’: 10 10 15 m3, 12000 Tonnen, 2000

Leute - aber klein im Vergleich zu ATLAS

‘Muon’: Fokus auf Myon-Nachweis – wichtig z.B. für Higgs-Suchen oder SUSY-Signaturen.

- aber alle Komponenten müssen extrem gut sein. ‘Solenoid’: Magnetfeld der Stärke 4 T aus Spule

- zur Messung des Impulses geladener Teilchen

Alle Details später!


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HintergrundWorum es geht: CMS… und die Konkurrenz: ATLAS


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HintergrundGliederungDas ist die Idee, aber wir sind flexibel.

1. Einleitung (TSS)-- Teilchenphysik vor LHC – wo stehen wir? -- CERN und das LHC-Projekt.

2. Grundlagen der Beschleunigerphysik (TSS)-- Realisierung von Beschleunigern-- LHC und die CERN-Beschleuniger

3. Das CMS-Experiment 1 (GS)-- Die CMS-Kollaboration-- Spurkammern und Kalorimeter

4. Das CMS-Experiment 2 (TSS)-- Muon-Kammern-- Kalibration-- Trigger und Datennahme (ATLAS!)

5. Das CMS-Experiment 3 (GS)-- Betrieb, Datenauswertung, Computing

6. Physik des LHC: Grundlagen und Theorie (TSS)-- von PDFs, Wirkungsquerschnitten, Monte Carlos, Ordnungen und Loops etc.


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HintergrundGliederungDie zweite Hälfte

7. Physik des Standard-Modells am LHC (GS)-- QCD und elektroschwache Wechselwirkung

8. Physik schwerer Quarks am LHC (TSS)-- charm und beauty-- top-Physik

9. Das Higgs-Boson des Standard-Modells (GS)10. Erweiterungen des Standard-Modells (GS)

-- Supersymmetrie-- Vereinheitlichte Theorien-- … und Exotika …

11. … und nach dem LHC? (Prof. Peter Schleper)-- Linearbeschleuniger-- Myon-Beschleuniger-- kosmische Beschleuniger

12. Besuch bei ZEUS / im HERA-Kontrollraum / beim Teststrahl13. Evtl. Übersicht: Die Ergebnisse von LEP und Tevatron


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HintergrundDie Vorlesenden… damit Sie wissen, wer vor Ihnen steht

Prof. Peter Schleper: Professor für TeilchenphysikDiplomarbeit Frejus-ExperimentDoktorarbeit/Postdocs bei H1 (HERA)“H1 Physics Coordinator”Leiter der CMS-Gruppe der UHH

Dr. Georg Steinbrück: Wissenschaftlicher MitarbeiterPhD und PostDoc am D0-Experiment

(Tevatron,USA)jetzt zuständig für CMS-Spurkammern und Entwicklung von CMS-Analysen an der UHH

Dr. Thomas Schörner-SadeniusWissenschaftlicher AssistentDiplom bei OPAL (LEP), Promotion bei H1 (HERA)Postdoc bei OPAL und ATLAS (LHC)jetzt vor allem bei ZEUS (HERA)


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HintergrundAtomphysik, ChemieBeginn der `Hoch’energiephysik

vor 1895: Chemiker prägen den Begriff Àtom’; es gibt zahreiche optische Linienspektren, die z.B. durch empirische Regeln (Balmer) gedeutet werden.

1895 Roentgen entdeckt `seine’ Roentgen-Strahlen. 1900 Thompson: Kathodenstrahlen haben riesiges q/m Elektron (im

Gegensatz zu den Ionen, die man vorher kannte)! `Rosinen-Modell’ des Atoms: positive Materie mit eingesprenkelten Elektronen.

1900 Plancks Strahlungsformel, Energiequantelung1905 Einstein: Korpuskelcharakter des Lichts Photonen, Photoeffekt1909 Rutherford: Identifikation von - und -Strahlung. -Teilchen auf

Goldfolien: Es gibt einen Atomkern – Thomson hat Unrecht! -- aber verbreitete Meinung: Kern aufgebaut aus etwas Positivem und Elektronen.

1913 Thompson et al.: Isotopie! Kern besteht aus A Protonen und A-Z Elektronen

1914 Moseley: K-Linien folgen einfachem Muster: ~0(Z-1)2 Erklärung des Periodensystems aus der Ladungszahl Z heraus! Ordnung aller bekannten Elemente und Vorhersage noch unbekannter Elemente. Chemie und Periodensystem verstanden!


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HintergrundRoentgen, PlanckBeginn der `Hoch’energiephysik

http://www.roentgen-museum.de/visuell/

Planck’sche Strahlungsformel

maxT

Planck

Rayleigh

Wien


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HintergrundEinsteins PhotoeffektBeginn der `Hoch’energiephysik

Photoeffekt: Auslösung von Ladungsträgern durch Licht.


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Hintergrund

Rutherford und Atomphyik Beginn der `Hoch’energiephysik

http://ac16.uni-paderborn.de/arbeitsgebiete/rutherford/


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Hintergrund

Revolution: QuantenmechanikAuf dem Weg zum modernen Atom1913 Bohr: halb-klassisches Atom-Modell mit Ad-Hoc-Annahmen erlaubt

Vorhersagen des Atomradius. Aber andere Probleme: Warum ist das Atom stabil – das beschleunigte Elektron müsste Energie laufend abstrahlen?

1920 Rutherford schlägt hypothetisches Neutron als Kernbauteil vor

1924-27: de Broglie, Heisenberg, Dirac, Schrodinger: Quantenmechanik-- Problem der Elektronenhülle reduziert auf Differentialgleichungen (Dirac-Gleichung)-- Atom also bis auf den Kern verstanden.-- Kern kann keine Elektronen enthalten, da diese aufgrund der Unschärferelation dann riesigen Impuls haben müssten!

1926 Das 147N-Problem! Enthält der Kern N Neutronen und Z Protonen?

1932 Chadwick entdeckt das Neutron! Damit ist auch das N-Problem gelöst.

Atomphysik im wesentlichen verstanden!


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HintergrundBohr und DiracAuf dem Weg zum modernen Atom

( ) i 0

Bohr’sches Atommodell

Dirac-Gleichung


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Hintergrund

Teilchenzoo, EichtheorienQED, Feynman etc.1930 Pauli postuliert leichtes neutrales Teilchen (`Neutrino’), um

Energiespektrum des Elektrons in radioaktiven Kernzerfällen zu erklären (Beta-Zerfall npe).

1932 Anderson, Hess und andere entdecken kosmische Strahlung (z.B. Pionen) und dabei auch das Positron, dessen Existenz schon Dirac forderte.

Damit gibt es (u.a.) Elektron, Positron und Photon! Also lassen sich Prozesse wie Moller-Streuung und Bhabha-Streuung oder die Lamb-Shift rechnen. Aber: Diracs Theorie verlangt Korrekturen, die dummerweise unendlich gross zu sein scheinen!

Lösung durch Feynman, Schwinger, Tomonaga: Quantenelektrodynamik – eine Eichtheorie, in der bei richtiger Behandlung physikalische Observablen immer endlich sind (renormierbar)!

Jetzt bekannte Teilchen: e+, e-, Photon, Proton, Neutron, (Pion, Neutrino)

Teilchenzoo wächst, Eichtheorien èrfunden’!


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Hintergrund

Neutrinos und EichtheorienQED, Feynman etc.

Neutrino-Postulat

Dirac-Theorie mit divergentenErgebnissen; Eichtheorien, Renormierbarkeit


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HintergrundVerwirrungnoch mehr Teilchen, Strangeness

1936 Anderson et al. entdecken durchdringende Komponente mit beiden Ladungsvorzeichen in kosmischer Strahlung. Eigenschaften bis auf Masse wie Elektron/Positron Myonen. Ebenfalls in kosmischer Strahlung: Geladene Pionen, die Yukawa 1935 als Träger der starken Wechselwirkung vorhergesagt hatte.

1947 -Zerfall in Emulsionen erkannt. Erste Nebelkammer-/Emulsionsbilder von Kaonen aus Höhenstrahlung. -/-Rätsel.

1950 Steinberger et al. produzieren neutrale Pionen in Photon-Strahlen bis zu 330 MeV auf Beryllium-Targets; die Photonen wurden von Elektronen in einem Synchrotron in Berkeley abgestrahlt. Nachweis des 0 via Zerfall in zwei Photonen.

1951 Panofsky et al. messen Reaktionen von geladenen Pionen (und auch Protonen) mit H- und D-Targets: p, d.

1953 Cosmotron bestätigt neue (`strange’) Hyperonen (=uds). Pais und Gell-Mann führen Strangeness als additive Quantenzahl ein.

Ab 1955: Nachweis von Antimaterie am Bevatron und anderswo (Antiprotonen etc.)


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HintergrundResonanzen im ZooEin Muster zeichnet sich ab, eine Idee kommt auf1952 Fermi et al. sehen Unterschied in +p und -p: (1232).

1960 Alvarez et al (Bevatron) arbeiten mit Kaon-Strahlen und

finden `strange’-Resonanzen in Blasenkammern.

Ordnungsmodelle: von Isospin-Symmetrie SU(2) (n,p) zu Flavour-Symmetrie SU(3) mit n,p,.

1964: Gell-Mann und Zweig: Quarks - u,d,s! Theoretische Fundierung der Flavour-SU(3). Damit auch die beobachtete Multiplett-Struktur der Zustände erklärt (JP etc.)!

Aber: Keiner nahm Quarks als Teilchen ernst – 20 Jahre lang kein freies Quark beobachtet! Also nur ein theoretischer Ansatz ohne realen Gehalt?


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HintergrundBlasenkammernund ihre Interpretation

Charm-Ereignis im Neutrino-Strahl auf eine mit Wasserstoffgefüllte Blasenkammer.


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HintergrundResonanzen im ZooEin Muster zeichnet sich ab, eine Idee kommt auf

pp

pp

p

d

CMS


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Hintergrund

Schwache Wechselwirkungen Von Pauli zu Fermi1930 Pauli postuliert Neutrino um Energiespektrum des Elektrons im

Betazerfall zu verstehen.1932 Chadwick findet Neutron1934 Fermi: Betazerfall npe ist Punkt-Wechselwirkung; Beschreibung

durch Ströme und Hamiltonians.. 1956: Lee und Yang: Theorie der Paritätsverletzung in schwachen Zerfällen

(--Problem 1947!). 1957 Wu et al: P-Verletzung in 60Co-Zerfall nachgewiesen: Beta-

Zerfallsrichtung eher parallel zum B-Feld (und wichtiger: zur Polarisation des Co) als antiparallel!V-A-Theorie der schwachen Wechselwirkung (Feynman et al.).

1956 Cowan und Reines benutzen Reaktor-Neutrinos für Neutrino-induzierte Reaktionen. Bald auch Neutrinos produziert durch K-Zerfälle ìn flight’ am Beschleuniger Muon-Neutrinos!

Problem: Fermi ist Punktwechselwirkung! Aber V-A-Wirkungsquerschnitt steigt mit s an Widerspruch! Unitarität verletzt? Lösung: massives W-Boson (Idee Yukawa!). Dann Kopplung schwächer um 1/MW

2. Suche bei einigen GeV erfolglos!

1964 Christenson et al: CP-Verletzung im neutralen Kaon-System!


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Hintergrund

P-Verletzung in Cobalt (Wu)Schwache Wechselwirkungen


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HintergrundLepton-Proton Streuung Die Struktur des Nukleons (elastisch)

Quark-Modell erlaubte Klassifizierung der Resonanzen; aber Interpretation der Wirkungsquerschnitte schwieriger!

Spinloses Elektron auf statische Punktladungs: Rutherford!

Berücksichtigen des Elektron-Spins: Mott!

Proton-Spin, ausgedehnte Ladungsverteilung, Rückstoss: Rosenbluth!

1956 Hofstädter, McAllister: 188-MeV-Elektronen elastisch auf Wasserstoff. Annahme: Ladungsradien von F1 und F2 identisch

2sin4 42

2

Edd

2sin4

2cos42

22

Edd

2tan242sin4

2cos 22212

2222

2221

/

42

22

FFM

QF

M

QF

E

E

Ed

d

<r>=0.74fm


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Hintergrund

(Tief-)Unelastische Streuung Die Struktur des Nukleons1969 Panofsky et al.: 18-GeV-Linac am SLAC! Inelastische

Streuung!

Scaling! Struktur Wi hängt nur von x=Q2/2M ab, obwohl Wi=Wi(,Q2)! naives (“kindergarden”) Partonmodell von Feynman/Bjorken: Proton besteht aus drei unabhängigen Partonen (=Quarks!).Wahrscheinlichkeit, ein Parton mit Impulsanteil x zu finden: f(x)!

1975ff: Quantenchromodynamik: Quarks wechselwirken via Gluonen! Also müssen Gluonen im Proton sein! Verletzung des Scalings, da Abstrahlung von Gluonen von x abhängt! f=f(x,Q2)! Panofsky et al. hatten `Glück’, dass Ihre Experimente bei x-Werten abliefen, bei denen man die Scaling-Verletzungen nicht sieht!

Bis heute (HERA): Viele Experimente messen Protonstrukturfunktionen (jetzt wieder F2, F3 und FL genannt) mit hoher Präzision in Collidern, Fixed-Target-Experimenten, mit Elektronen, Neutrinos auf Wasserstoff, Deuterium etc.

2tan22sin4

2cos 21242

22

/

2

WWEdEd

d


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Hintergrund

Lepton-Proton-Streuung

Die Struktur des Nukleons II (4. Vorlesung)

Strukturfunktion F2

Partonverteilungsfunktionen


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HintergrundQuantenchromodynamikLebensrecht für Quarks und Gluonen

Quantenchromodynamik, QCD: renormierbare Quantenfeldtheorie mit Gluonen als

Botenteilchen Gruppenstruktur SU(3)C (c=colour, nicht f=flavour!)

Parameter: Starke Kopplungskonstante s.

Seit 1974 durch viele Experimente bestätigt, präzise Messungen von s. PETRA


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Hintergrund

Charm, Beauty, Top, Tau… immer seltsamere Teilchen1974 Ting und Richter messen unabhängig voneinander eine cc-

Resonanz bei etwa 3.1 GeV. Nobelpreis 1976.Viele Anregungen z.B. von Crystal Ball gefunden. Auch c-Mesonen.

1975 bei Spear (Perl) und DORIS (DESY): Paarproduktion neuer schwerer Leptonen: Tau-Lepton!

1977 Lederman et al.: Resonanz in +- mit 400-GeV-Protonen.Entdeckung von beauty. Ausweitung des Cabibbo-Winkels auf 33-Matrix: Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM). Wiederholung der c-Story!

1995Nachweis des Top-Quarks in pp-Kollisionen am Tevatron bei s=1.8 TeV. Masse: 178 GeV!

2000 Donut-Experiment am Fermi-Lab findet/bestätigt Tau-Neutrino Fermionen vollzählig!


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HintergrundJ/ (cc) und charm… immer seltsamere Teilchen

Entdeckung des J/ und charm-Spektroskopie


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HintergrundBeautiful Quarks: Y (bb)… immer seltsamere Teilchen

Ypsilon-Resonanz und Beauty-Quark-Ereignis


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HintergrundDas Top-Quarks… immer seltsamere Teilchen

Invariante Masse (CDF) und Vergleich verschiedener Messungenderzeit bester Wert: mt = 178.0±4.3 GeV


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HintergrundStandard-Modell… nicht trennen, was zusammengehört!

Vor 1973: Fermi/V-A-Theorie trotz aller Probleme: Immer noch Unitarität verletzt! Wichtige Beiträge von Yang und Mills, Higgs.

Glashow, Weinberg, Salam: Elektroschwaches Standard-Modell!W-Triplett, B mischen: W+, W- bekannt, W0 und B0 Z, (sinW)

Veltman, t’Hooft: Theorie renormierbar! Aber wo ist das Z? 1973 Entdeckung neutraler schwacher Ströme (Perkins et al, CERN,

Gargamelle-Blasenkammer mit Neutrino-Strahlen). Bald auch Messungen von sinW. Die vom Modell vorhergesagte Massen von W,Z zu hoch für alle Maschinen Rubbia et al: SpSSppS!

1983 UA1 und UA2 finden W,Z! Nobelpreis für Rubbia, v.d.Meer.1989-2000 LEP macht Präzisionsmessungen des elektroschwachen

Standard-Modells. Wichtige QCD-Messungen. Keine Indizien für Higgs-Teilchen bis 114 GeV! Es gibt drei Neutrino-Familien!


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HintergrundElektroschwaches SM Die Gargamelle-Blasenkammer


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HintergrundElektroschwaches SM Die Detektoren UA1 und UA2


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HintergrundElektroschwaches SM Entdeckung von W,Z am SppS mit UA1, UA2

C. Rubbia und S. v.d.Meer Ein UA1-Ereignis


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HintergrundElektroschwaches SM Die LEP-Ära


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OPAL

ALEPH


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Es gibt 3 leichte Neutrinos W und Z koppeln aneinander!


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Das Higgs ist leicht! Das Standard-Modell passt!


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HintergrundDas Standard-Modell


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HintergrundHochenergiephysikWas passiert heute?

2000 LEP wird abgeschaltet, um Ressourcen für LHC freizumachenNeutrinophysik: Neutrinos haben Masse!Tevatron: Der Run II läuft. Wesentliches Ziel: Higgs. Aber auch

wichtige Messungen zum SM (Top-Quark, MW,…). Betrieb bis 2009.

HERA: HERA II läuft. Ziel: Genaue Vermessung des Protons. Neue Physik? Ende voraussichtlich Mitte 2007.

Bau von LHC: Beginn des Betriebs 2007.Planungen für einen neuen e+e--Linearkollider mit ca. 1 TeV.

Möglicher Bau-Beginn: 2009 (Vorlesung P. Schleper am Ende des Semesters).

Ideen für Upgrades von LHC, für Muon-Kollider (Vorlesung P. Schleper am Ende des Semesters).

Jeder Schritt (Design, Bau, Betrieb) z. Zt. ca. 10 Jahre!


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Hintergrund

Hochenergiephysik heuteLEP ist Geschichte


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Hintergrund

Hochenergiephysik heuteTevatron

CDF DØ


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Hintergrund

Hochenergiephysik heuteTevatron: CDF und DZero


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Hintergrund

Hochenergiephysik heuteDESY und HERA


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Hintergrund

Hochenergiephysik heuteHERA: H1 und ZEUS

Der H1-Detektor


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Hintergrund

Probleme der TeilchenphysikWelche Fragen brauchen den LHC?Anzahl der freien Parameter im Standard-

ModellMassen der Leptonen? Kopplungen? Mischungswinkel? Kann man tieferliegende Prinzipien dafür finden?

Dunkle MaterieGrosser Anteil (~23%) der Materie im Universum sind kalt – aber im SM kein Kandidat für kalte Materie!

Higgs-MechanismusWoher bekommen Teilchen ihre Masse? Gibt es ein Higgs-Boson? Oder mehrere (SUSY)? Oder macht die Natur etwas ganz anderes?

Problematische Messungenb-Asymmetrie bei LEP (nächste Seite)


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Hintergrund

Probleme der TeilchenphysikWelche Fragen brauchen den LHC?

Parameter des Standard-Modells

3 Kopplungen 12 Fermion-Massen 4 Mischungsgrössen im

Quark-Sektor Wolfenstein-Parameter im

Neutrino-Sektor. Weinberg-Winkel Higgs-Masse …

Probleme bei sinW?


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Hintergrund

Probleme der TeilchenphysikWelche Fragen brauchen den LHC?Vereinheitlichung

Vereinheitlichung der starken und der elektroschwachen WW? Geht im Standard-Modell nicht. Aber möglicherweise mit SUSY!

Inkonsistenz des Standard-ModellsHiggs-Boson wird für Konsistenz gebraucht!Hierarchie-Problem: Teilchen-Massen sollten Korrekturen von der Grössenordnung der höchsten Skala des SM erhalten – aber W und Z haben sehr kleine Massen, und auch die Higgs-Masse ist vermutlich kleiner als 200 GeV neue Physik bei kleineren Skalen? 1 TeV? Supersymmetrie?


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Hintergrund

Probleme der TeilchenphysikVereinheitlichung der KopplungskonstantenOhne SUSY Mit SUSY

Korrekturen zur Higgs-Masse


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HintergrundWarum LHC?… und keine andere Maschine

Kompromiss aus Schwerpunktsenergie und Preis 14 TeV (Plan SSC: 40 TeV) Begründete Hoffnung: mHiggs < 1 TeV, SUSY bei unter 1 TeV Benutzung der LEP-Infrastruktur (Tunnel etc., SSC: 87 km)

Die meisten Entdeckungen wurden in Hadron-Reaktionen gemacht

Meistens mehr Energie und Luminosität zur Verfügung als mit Leptonen.

Vieles in Fixed-Target-Experimenten! W,Z bei UA1, UA2 J/ Top Dann Präzisionsvermessung mit e+e—Maschine

Erfahrung des CERN im Bau und Betrieb von Grossanlagen CERN war immer an der vordersten Teilchenphysikfront Erprobte internationale Zusammenarbeit vieler Staaten.


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Hintergrund

CERN und das LHC-ProjektEines der grössten wissenschaftl. Abenteuer6000 Leute tun sich zusammen, um die grösste Maschine aller

Zeiten zu bauen. Zeitrahmen: Erste Planungen ~1985, Ende Datennahme ~2020 Kosten: > 5 Mrd.Schweizer Franken

Entscheidend für ein ganzes Forschungsfeld: LHC MUSS ein Erfolg werden! Seit der Entdeckung von W,Z,Top keine wirkliche Bewegung.

Bestätigung des Vermuteten/Bekannten! Wenn keine neuen Phänomene im Bereich von LHC-Energien, dann

für lange Zeit keine neuen Entdeckungsmaschinen in Sicht (Kosten). Aber eigentlich ist SM nicht konsistent, wenn kein Higgs bei LHC

gefunden wird! Eigentlich MUSS etwas passieren. Auch Sensationell: Nichts neues gefunden!

Hoffnung: LHC wird neue Aufbruchstimmung erzeugen. Auch entscheidend für CERNs Zukunft!


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HintergrundCERN: Die OrganisationEin europäisches Forschungszentrum

European Organization for Nuclear Research Gegründet 1954. Weltgrösstes Teilchenphysiklabor; stellt vor allem Infrastruktur

(Beschleuniger) zur Verfügung. Gegründet 1954; mittlerweile 22 Mitgliedstaaten, einige assoziierte. Ca. 2500 Physiker, Techniker, Ingenieure, Verwaltung etc.

Auftrag Grundlagenforschung im Bereich der kleinsten Strukturen der

Materie: Was die Welt im Innersten zusammenhält.Erfolge

SC, ISR, PS, SpS, SppS, LEP, LHC … CHDS, CHARM, Gargamelle, BEBC, EMC, NMC, ISOLDE, ATHENA,

ATTRAP, ASACUSA, Crystal Barrel, Obelix, UA1,UA2,ALEPH,DEPLHI,L3, OPAL, ATLAS, CMS, ALICE, LHC-b

Weizsäcker, Bohr, Weisskopf, Rubbia, Charpak, Van de Meer, Ting, Maiani, …


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HintergrundCERN: Die OrganisationEin europäisches Forschungszentrum


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HintergrundDas CERNBei Genf, in der Schweiz und in Frankreich


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HintergrundDas CERNBei Genf, in der Schweiz und in Frankreich


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HintergrundDas CERNCa. 2500 Physiker, Techniker, Verwaltung etc.

ISR

PS

Grenze F/CH


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HintergrundDas CERNCa. 2500 Physiker, Techniker, Verwaltung etc.


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HintergrundWe proudly present: CMSDAS Experiment


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HintergrundDie nächste VorlesungBeschleuniger

Grundlagen Realisierungen CERN und seine Beschleuniger


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HintergrundLiteraturund weiterführende Informationen

Perkins: Introduction to High Energy Physics Halzen, Martin: Quarks and Leptons Griffith: Schmüser: Feynman-Graphen und Eichtheorien für

Experimentalphysiker

Goldhaber, “Schlüsselexperimente der Teilchenphysik”, leider vergriffen, aber in manchen Bibliotheken.

http://dbserv.ihep.su/compas/contents.html http://www.cern.ch http://cmsdoc.cern.ch http://particleadventure.org http://www.desy.de/~schleper/edulinks.html

Documents

Vorlesung 1 Einleitung, Hintergrund Experimentelle Methoden der Teilchenphysik - Das CMS-Experiment Rundgang durch ein Experiment der Hochenergiephysik