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Standardmodell der Teilchenphysik

Standardmodell der Teilchenphysik. Input: Principia: Eichprinzip angewandt auf U(1) x SU(2) x SU(3) Lorentzinvarianz: x‘ = Lx CPT, ...Invarianz Output: Wechselwirkungen Bewegungsgleichungen Maxwell, Schrödinger, Dirac

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Standardmodell der Teilchenphysik

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  1. Standardmodell der Teilchenphysik • Input: Principia: • Eichprinzip angewandt auf U(1) x SU(2) x SU(3) • Lorentzinvarianz: x‘ = Lx • CPT, ...Invarianz • Output: • Wechselwirkungen • Bewegungsgleichungen Maxwell, Schrödinger, Dirac • Existenz der Photonen, Gluonen, W±, Z0 (Träger der WW) • Erhaltung der Ladungen (Quelle der WW) • Fazit: SM ist sehr erfolgreich • z.B. als Basis für Technologie, Chemie, Mol.biologie D. Dubbers 2007

  2. ... jedoch unvollständig! • ungelöste Probleme (DPG 2007): • 3 Teilchenfamilien (#1) • 12 Massen (#2) • 4 Phasen der Quarkmischung (#1) • 4 Phasen Leptonmischung • Paritätsverletzung (#1) • Gravitation (#2) • CP-Verletzung und die Baryon-Asymmetrie des Universums (#2) • Massen- und Energiedichte des Universums (#1,2) • Frage: gibt es eine universelle Lösung zu allen verbleibenden Frage? • Falls ja, dann findet diese Vereinheitlichung voraussichtlich bei extrem hohen Energien statt! Theorie: Antibaryon-Dichte = Baryon-Dichte ~ 10-18 Photon Dichte Messung: Antibaryon-Dichte << Baryon-Dichte ~ 10-9 Photon Dichte (Neutron größter Einzelfehler) mögliche Erklärung: Verletzung der 'CP-Symmetrie‘ (#3) Info aus BBN + n bzw.WMAP D. Dubbers 2007

  3. Antwort: Präzisionsmessungen bei niederen Energien • Unbekannter Prozess bei unerreichbar hoher Energie, z.B. M ~ 105...19GeV • hat einen Propagator, • der vom Arbeitsbereich z.B. 1 neV bzw. 103GeV unabhängig ist • und klein ist: • benötigt wird: Hohe Präzision, die bei niederen Energien am größten ist

  4. 100 GeV, LEP-energy at CERN  = 1/128  = 1/137

  5. 100 GeV, LEP-energy at CERN MPL  = 1/128 GUT  = 1/137 quantum gravity MnPL

  6. Standardmodell der Teilchenphysik • Input: Principia: • Eichprinzip angewandt auf U(1) x SU(2) x SU(3) • Lorentzinvarianz: x‘ = Lx • CPT, ...Invarianz • Output: • Wechselwirkungen • Bewegungsgleichungen Maxwell, Schrödinger, Dirac • Existenz der Photonen, Gluonen, W±, Z0 (Träger der WW) • Erhaltung der Ladungen (Quelle der WW) • Fazit: SM ist sehr erfolgreich • z.B. als Basis für Technologie, Chemie, Mol.biologie D. Dubbers 2007

  7. Gamma Matrizen

  8. Drei Besonderheiten des Standardmodells 1. Paritätsverletzung Neutron -Zerfall • Lebensdauer  ~ 15 min • -Endpunktenergie: Emax = 782 keV • V-A Theorie: Vektorkopplung: gV = GF Vudf1(q2→0) • Axialvektorkopplung: gA = GF Vud g1(q2→0) • Verhältnis  = gA/ gV • Frage: V+A (WR, ), S, T?

  9. Neutron Spin A Neutron Spin Electron Electron Neutron Beta Decay Detector J W(J)={1+v/cPAcos(J)} Detector

  10. A Neutron Spin Electron B Neutrino C Proton Correlation measurements in -decay n  p e e a D R N Observables in neutron decay: Lifetime  Spin Momenta of decay particles

  11. Parameters Strength: GF Quark mixing: Vud Ratio:  = gA/gV Parameters and Observables Observables • Lifetime  • Correlation A • Correlation B • Correlation C • Correlation a • Correlation D • Correlation R • Beta Spectrum • Proton Spectrum • Polarized Spectra • Beta Helicity A Neutron Spin Electron B C Neutrino Proton

  12. Neutron Spin A Neutron Spin Electron Electron Coefficient A W(J)={1+v/cPAcos(J)} CoefficientAand lifetime t determineVudandl J = gA/gV No coincidences !

  13. For correlation coefficient A measurements… • Neutrons: 160 Mio • Polarizer: 99.75 % • Spin Flipper: 100.05% • Analyzer: 100 % 3He-cells • Spectrometer

  14. Neutron Production at the ILL Fission: 2 MeV Thermal: 25meV, 300K Cold: 4 meV, 40K

  15. Technische Entwicklungen UHD Neutrograph, Radio- und Tomographiestation

  16. Technische Entwicklungen  FIRMENGRÜNDUNGEN: 2001 SDH Neutronenoptik H. Haese 2007 CASCADE große superschnelle n-Detektoren M. Klein et al.

  17. www.neutrograph.de Neutronenradiographie Sendung Campus-TV, ab 23. März 2007

  18. Common Rail Diesel Injector 0.8 % 0.4% • time resolution of100 µs • Integration of 52000 images per time step • Pressure at the order of 350 bar 50 mm 0% • Equipment supplied by • Robert Bosch GmbH, Stuttgart 10 mm 500 µs 600 µs 700 µs 800 µs From M. Engelhardt, Diplomathesis, TUM

  19. Neutron Production Fission: 2 MeV Thermal: 25meV, 300K Cold: 4 meV, 40K ultra cold: 100 neV, 1mK Gravity Experiment: 1 pico-eV

  20. PERKEO III20 October 2006 – 11 April 2007 • Virtually no systematic errors - background - edge effect - mirror effect B. Maerkisch, D. Dubbers, H.A. et al. to beamstop

  21. PERKEO III • PERKEO III

  22. Results PERKEO II(2006) • Spectra Dissertation D. Mund, 2006

  23. Result for A Dissertation D. Mund, 2006

  24. Beamrelated Background Electron-Spectrum Beamline BG • Collimation system < 0.15 s-1 Det. 0 Det. 1 Fitregion

  25. Recommended value for lambda •  = -1.27500.0009 • Calculate SM Lifetime t = 882 ± 1.0 s • vs 885.7 ± 0.7 s PDG 2006 • vs 878.5± 0.7 s Serebrov et al. 2002: result: A = -0.1189(8)  = -1.2739(19)2006: result: A = -0.11948(40)  = -1.2754(11)

  26. Collaboration PERKEO 1995 - 2007 Universität Heidelberg Stefan Baeßler, C. Raven, T. Müller, C. Metz, M. Astruc Hoffmann, Uta Peschke, Jürgen Reich,Bernhard Brand, Michael Kreuz, Ulrich Mayer Daniela Mund, Christian Plonka, Christian Vogel, Bastian Märkisch, Markus Brehm, Jochen Krempel, Marc Deissenroth, Marc Schumann, Alexander Kaplan, Daniel Wilkin, Dirk Dubbers, H.A. ILL Grenoble J. Last, U. Mayerhofer, O. Zimmer, V. Nesvizhevsky, T. Soldner, A. Petoukhov FZK F. Glück U. Mainz S. Baeßler

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