1 / 21

Michael Kobel (TU Dresden) 1.11.2006

Der Large Hadron Collider – internationaler Vorstoß in unbekanntes Neuland des Mikro- und des Makrokosmos. Michael Kobel (TU Dresden) 1.11.2006. Die Teilchen des Standardmodells. 12 Bausteine und ihre Antiteilchen

vince
Télécharger la présentation

Michael Kobel (TU Dresden) 1.11.2006

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Der Large Hadron Collider – internationaler Vorstoß in unbekanntes Neuland des Mikro- und des Makrokosmos Michael Kobel (TU Dresden)1.11.2006 Deutscher Journalistentag CERN, Michael Kobel

  2. Die Teilchen des Standardmodells • 12 Bausteine und ihre Antiteilchen • 4 fundamentale Wechselwirkungen (WW)Gravitation, Elektromagnetismus, schwache, starke WW • Produzieren, binden und vernichten Teilchenmit Hilfe des Austauschs von Botenteilchen • Graviton, Photon, W- und Z-Boson, Gluonen Deutscher Journalistentag CERN, Michael Kobel

  3. Theoretische Grundlagen • 3 Familien von Elementarteilchen • Stabile Materie (p, n, e) nur aus erster Familie • Warum dann drei ? • Alle Wechselwirkungen beruhen auf Ladungssymmetrien • Beispiel: Symmetrie derstarken „Farb“ladung im Neutron • Gluonen sorgen für Symmetrieund binden die Quarks • Warum diese Symmetrien ? • Weitere Symmetrien ? • z.B: Supersymmetrie „SUSY“ zwischen Baustein- und Botenteilchen? Deutscher Journalistentag CERN, Michael Kobel

  4. Die Ruhemassen der Bausteine • Symmetrien erfordern masselose Teilchen • Erhalten Masse erst ~ 10-10 sec nach Urknall durch „spontane“ Symmetriebrechung • Entsteht Masse durch Kopplungan ein „Higgs“ Hintergrundfeld? • Was verursacht die riesigen Massenunterschiede ?„Sandkorn .vs. Ozeandampfer“; natürliche Top Masse? 3x105 2x1013 ? Deutscher Journalistentag CERN, Michael Kobel

  5. K0 K0 (K0-K0)/(K0+K0) decaytime Materie-Antimaterie „CP“ Symmetrie • Antimaterie = Materie mit umgekehrten Ladungen (C) • Genau genommen: auch gespiegelt (P) • Teilchenphysik Experimente: • „CP“ Symmetrie fast immer perfekt • CP-Verletzung im Standardmodell • Quarks: klein, 1 Naturkonstante • 1964: s-Quarks 1999: b-Quarks • Bei Weitem nicht groß genug für Kosmologische CP Verletzung • Neutrinos: noch unbekannt, 1-3 Naturkonstanten • Sind sie der Schlüssel zur Kosmologischen CP Asymmetrie? • Immer nötig: Teilchenmassen und mind. 3 Familien(!) Ununter-scheidbar Materie und Antimaterie Unter-scheidbar! Deutscher Journalistentag CERN, Michael Kobel

  6. Mit dem LHC zurück zum Urknall • Heißes Universum <-> typische Teilchenenergie Sonne: T = 107 K <-> E = 10-6 GeV LHC : T > 1016K <-> E > 10 3 GeV (>109 mal höher!) • Die „Ursuppe“: Nachstellen im TeilchenensembleALICE: Pb+Pb  Quark-Gluon „Plasma“? • Die „Petersilie“: Nachstellen in EinzelprozessenATLAS, CMS, LHCb: p+p  b, t, W, Higgs? SUSY? Theorien LHC(p+p) LHCPb+Pb gemesseneEinzelprozesse(2006) Deutscher Journalistentag CERN, Michael Kobel

  7. Nobelpreis 2006: Mather & Smoot (COBE) • Schwankungen im Mikrowellenhintergrund T=(2,73+-0,00002)K • Entsprechen winzigen Dichteschwankungen  Strukturbildung COBE Deutscher Journalistentag CERN, Michael Kobel

  8. Zeit Ursprung des Mikrowellenhintergrunds • Materie-Antimaterie Vernichtung in Photonen • Ungehinderte Ausbreitung erst nach 300,000 Jahren • Vor der Vernichtung bei ~100 sec:50,0000001% Materie, 49,9999999% Antimaterie • Ein winziger (10-9) Überschuss an Materie blieb übrig • Woher kam diese „CP“ Asymmetrie und Wann? Deutscher Journalistentag CERN, Michael Kobel

  9. Der Klang des Universums • „Obertöne“ charakterisieren Zusammensetzung • atomare Materie (p,n,e)dämpft den ersten, verstärkt den zweiten Oberton • Sterne, Planeten, Gaswolken, Schwarze Löcher,… • nichtatomare „Dunkle“ Materie (n, …)verstärkt den zweiten Oberton • Ungebundene Elementarteilchen, schwach wechselwirkend • Unbekannt ( Neutrinos 10-100 Mal zu leicht! ) • unverdünnbare „Dunkle“ Energie nur im Grundton • Unbekannt, „Vakuumenergie“, kosmologische Konstante… WB = 0,05 WDM = 0,25 WVAC = 0,70 Flaches Universum: W = WB+ WDM + WVAC= 1,00 WMAP 2003 Deutscher Journalistentag CERN, Michael Kobel

  10. ALICE kocht die Ursuppe • Untersuchung des Quark-Gluon Plasmas • Neuer Zustand von Materie: „flüssige(?)“ Quarks und Gluonen • Eis schmilzt bei 0 oC @ 270 K • Gebundene Quarks+Gluonen schmelzen bei 170 MeV = 2x1012K • Beschleunige und Kollidiere „Hadronen“-Eis, um „Quark-Gluon“-Wasser herzustellen(erreiche > 200.000 fache Sonneninnentemperatur) • ALICE wird Eigenschaften dieses neuen Materiezustand untersuchen(Zustandsgleichung, Brechungsindex, Suszeptibilität, Viskosität,Wärmeleitfähigkeit, Schallgeschwindigkeit,…)  ideale Flüssigkeit? Deutscher Journalistentag CERN, Michael Kobel

  11. dN/dp J/ = cc Masse Experimentelle Umsetzung • Normale Materie: schwere Quark-Antiquark Zustände B Deutscher Journalistentag CERN, Michael Kobel

  12. J/ = cc dN/dp Masse 60 << 62 Experimentelle Umsetzung • Unterdrückung von schweren Quark-Antiquark Zuständen… …durch Schmelzen innerhalb des Plasmas • Pb-Pb Kollision: B Pro Kollision : Pb+Pb @ 5.5 TeV N = 40.000 Deutscher Journalistentag CERN, Michael Kobel

  13. p nW-e-ne Die Bedeutung der Teilchenmassen • Die Masse der Atome kommt • nur ~1% aus Ruhemasse der Bausteine • 99% aus Energie der Quarkbindung • Ändern von mu ,md oder me hätte • kaum Effekt auf makroskopische Massen • kaum Effekt auf WBim Universum • riesigen Effekt auf Verhalten der Materie • Erniedrige me auf 0.025 MeV/c2 • Leben: 30m große Kaltblütler in Grönland? • Erniedrige md – me um 1 MeV/c2 • ermöglicht Umwandlung des Wasserstoffs: • keine Wasserstoff-Atome, n stabil • Erniedrige md – mu um 2 MeV/c2 • Proton- und Deuteriumzerfall • Keine Sterne • nur neutrale Teilchen (n,g, n) Deutscher Journalistentag CERN, Michael Kobel

  14. Die Frage nach dem Massenmechanismus • Entstanden Teilchenmassen wirklich erst nach 10-10 sec? • Entsteht Masse wirklich durch Kopplung an Hintergrundfeld? • Dann müssen Teilchen auch Hintergrundfeld anregenAnregung = Higgs Boson (=Beweis des Hintergrundfelds) • Higgs Boson Erzeugung am besten durch Z, W, t, oder bJe massiver (und hochenergetischer), umso besser • Bei mehreren (z.B. zwei) Higgsfeldernauch mehrere (z.B. fünf) Higgs Bosonen Deutscher Journalistentag CERN, Michael Kobel

  15. Vorhersagekraft des Higgs Mechanismus • Ist die Higgs Hypothese überprüfbar? Ja! • Entdecke Higgs Boson(en) und Messe ihre Zerfälle • Lernen wir was Masse ist? Ja! • Die Stärke der Kopplung ans Higgsfeld • Sagt der Higgs Mechanismus die Massenwerte vorher? Nein! • Außer MW / MZ Verhältnisstimmt auf besser als 1%0 • Standardmodell Vorhersage:MW=(80.36 ± 0.02)GeV • Direkte Messung:MW=(80.40 ± 0.03)GeV • Differenz:D= (0.04 ± 0.04)GeV • Fit der SM Higgs Masse:MH= (100+40-30)GeV Deutscher Journalistentag CERN, Michael Kobel

  16. Higgs Suche bei ATLAS und CMS • Higgs Masse unbekannt: • Viele Produktionsmechanismen • Viele mögliche Zerfälle • Nach 1-3 Jahrengut verstandenerDaten: • Higgs Bosonkann bei allen Massen entdecktwerden Deutscher Journalistentag CERN, Michael Kobel

  17. W W NEUE PHYSIK W W Massenmechanismus ohne Higgs? • Standardmodell ohne Higgs verletzt „Wahrscheinlichkeit < 1“ • Higgs wird bei LHC gefunden, wenn es existiert! • Wenn nicht, muß der LHC etwas anderes finden! („win-win“) • Die Suche nach dem Ursprung der Masse wird in wenigen Jahren enden • Präzise Vermessung beginnt jedoch erst danach (LHC+ILC) • Dann erst haben wir die richtigen Fragen nach den Werten der Fermionmassen Deutscher Journalistentag CERN, Michael Kobel

  18. CP Neue Quark-Antiquark Asymmetrie? • SM beschreibt CP Verletzung bei Quarks mit 1 Parameter:Sind alle Messungen damit verträglich? • Spezialisiertes Experiment für b-Quarks nahe Strahl: • Nach 1 Jahr „verstandener“ Daten:weiterhin verträglich oder neue CP Asymmetrie? Deutscher Journalistentag CERN, Michael Kobel

  19. Supersymmetrie • Existieren Supersymmetrische Teilchen? • Würden helfen, mehrere Theoretische Fragen zu lösen • Vereinigung aller Kräfte • Relativ niedrige Higgs Masse • Leichtestes SUSY Teilchen stabil= Dunkle Materie (ca 3000 /m3)? • Direkte Entdeckung möglich bei:ATLAS & CMS • Indirekter Nachweis über b-Zerfälle:LHCb Deutscher Journalistentag CERN, Michael Kobel

  20. M~ TeV parton RS parton Zusätzliche Dimensionen • Warum ist die Gravitation so schwach? • Idee: zusätzliche kleineRaumdimensionen • Nur Gravitation spürt sie • „leckt“ in andere Dimensionen • Beobachtungsmöglichkeiten am LHC: • Verschwinden von Gravitonen (ATLAS, CMS) • Kleine Schwarze Löcher (ALICE, ATLAS, CMS) • Lebensdauer ca 10-26 sec (Hawking Strahlung) • Nachweis über Abstrahlung vieler Teilchen Deutscher Journalistentag CERN, Michael Kobel

  21. Schlussübersicht LHC LEP Geschichte der Physik Deutscher Journalistentag CERN, Michael Kobel

More Related