Theoretische Teilchenphysik
Theoretical Particle Physics

• Standard-Modell
• Elektroschwache Theorie und Spontane Symmetriebrechung
• QCD und starke Wechselwirkung
• Flavour-Physik und Flavor-Mischung
• Elemente der Neutrino-Physik
• Überblick über die Physik jenseits des Standardmodells

Nach erfolgreicher Teilnahme an diesem Kurs hat der Studierende einen Ueberblick ueber die Grundlagen des Standardmodells und aktuellen Fragestellungen der modernen Teilchenphysik sowie die Voraussetzungen fuer eine Masterabreit in der teilchenphysik mit Schwerpunkt Phaenomenologie erworben.

Die Studierenden können

1. den vollständigen Lagrange des Standard-Modells niederschreiben und die darin enthaltenen Felder und die Struktur jedes einzelnen Terms verstehen.

2. die Transformations-Eigenschaften der Terme im Lagrange des Standard-Modells unter C-, P-, T- und globalen Symmetrien herleiten und Erhaltungssätze aus Symmetrien abzuleiten.

3. die Feynman-Regeln des Standard-Modells bestimmen, Feynman-Diagramme für einen beliebigen im Standard-Modell erlaubten Prozess zeichnen und Störungsrechnungen bis Ein-Schleifen-Niveau mit den Feynman-Regeln und dimensionaler Regularisierung durchführen.

4. die elektroschwache Symmetriebrechung mit Hilfe des Higgs-Mechanismus beschreiben, Konsequenzen verschiedener Formen der elektroschwachen Symmetriebrechung abzuleiten und Konsequenzen der "custodial symmetry" und seiner Brechung herzuleiten.

5. Quark-Mischung mit Hilfe der CKM-Matrix beschreiben und GIM-Unterdrückung in Prozessen mit Flavor-ändernden neutralen Strömen herleiten.

6. die Gleichung für die chirale Anomalie, die Auflösung der Eichanomalien und die Verletzung der Baryonenzahl und der Leptonenzahl im Standard Model herleiten.

7. das starke CP-Problem und mögliche Lösungen beschreiben.

8. CP-verletzende Observable in Mischung und Zerfall neutral Kaonen und B-Mesonen berechnen und in Bezug zur CKM-Matrix setzen.

9. die wichtigsten Kanäle zu Produktion und Zerfall des Higgs-Bosons am LHC beschreiben.

10. die Quanten-Korrekturen zur Higgs-Masse und zum Higgs-Potential, die Stabilität des Vakuums und das Hierarchie-Problem beschreiben.

11. Neutrino-Oszillationen mit Neutrino-Massen beschreiben, mögliche Massenterme für Neutrinos bestimmen und Neutrino -Massen über den Seesaw-Mechanismus erklären.

"Relativity, Particle and Fields" course and/or the "Quantum Field Theory"
course or some general knowledge of Quantum Field Theory.

In der Vorlesung werden Schwerpunkte sowohl auf die Konzepte inklusive der technischen Details als auch auf den Vergleich mit aktuellen experimentellen Daten gelegt. Übungsaufgaben werden einerseits zur Vertiefung und zum Verständnis des in der Vorlesung präsentierten Materials und andererseits zur Einübung der notwendigen Rechenfertigkeiten gestellt. Die Übungsaufgaben werden in den Übungsgruppen diskutiert, indem Studierende die eigenen Lösungen im Detail an der Tafel präsentieren.

Tafelvortrag, bei Bedarf ergänzt durch Folien/Präsentationen.

• B. Martin and G. Shaw, Particle Physics, Wiley, 2008.
• D. Griffith, Introduction to Elementary Particle, Wiley-VCH 2008.
• F. Halzen and A. Martin, Quarks and Leptons: An Introductory Course in Modern Particle Physics, 1984, John Wiley and Sons
• O. Nachtmann, Elementary Particle Physics, Springer-Verlag 1990.
• M. Peskin and D. Schroeder, An Introduction to Quantum Field Theory, Addison Wesley, 1995.
• C. Burgess and G. Moore, The Standard Model: A Primer, Cambridge University Press 2007
• J. F. Donoghue, E. Golowich, and B. R. Holstein, Dynamics of the standard model, vol. 2, Camb. Monogr. Part. Phys. Nucl. Phys. Cosmol., 1992.
• T. Cheng, L. Li, Gauge Theory of Elementary Particle Physics, Oxford University Press, 1985.
• R. K. Ellis, W. J. Stirling, B.R. Webber, QCD and Collider Physics, Camb. Monogr. Part. Phys. Nucl. Phys. Cosmol., 1996

Es findet eine schriftliche Klausur von 120 Minuten Dauer statt. Darin wird exemplarisch das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe durch Rechenaufgaben und Verständnisfragen überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

• Leiten Sie die Transformation eines gegebenen Operators unter C, P, T her.
• Demonstrieren Sie die Anomalie-Auflösung in einer gegebenen Eichtheorie.
• Berechnen Sie Observable für die CP-Verletzung.

Während der Prüfung sind keine Hilfsmittel erlaubt.

Die Teilnahme am Übungsbetrieb wird dringend empfohlen, da die Übungsaufgaben auf die in der Modulprüfung abgefragten Problemstellungen vorbereiten und somit die spezifischen Kompetenzen eingeübt werden.