Tests des Standardmodells der Teilchenphysik 1
Testing the Standard Model of Particle Physics 1

Dieses Modul vermittelt ein tiefgreifendes Verständnis des Standardmodells der Teilchenphysik, inklusive grundlegender Theorie sowie auch historischer und aktueller Experimente. Die Vorlesung ist wie folgt gegliedert:

Das Standardmodell der Teilchenphysik:

1. Grundlagen der Quantenfeldtheorie
2. Symmetriegruppen, Eichsymmetrien und Wechselwirkungen
3. Die fundamentalen Kraefte und ihre Vereinheitlichung
4. Ursprung der Teilchenmassen - der Higgs-Mechanismus
5. Stoerungstheorie und Feynmangraphen

Nach der erfolgreichen Teilnahme an dem Modul besitzen die Studierenden ein vertieftes Verständnis der Prinzipien des Standardmodells und sind in der Lage:

• die Rolle der lokalen Eichsymmetrien bei der Beschreibung der fundamentalen Wechselwirkungen zu verstehen
• der Erzeugung der Massen der Elementarteilchen durch spontane Brechung der Eichsymmetrie und den Higgs-Mechanismus zu analysieren
• der Verknuepfung von Theorie und Experiment mittels Stoerungstheorie und Feynman-Diagrammen zu verstehen
• den Prinzipien und Erfolgen, aber auch Grenzen und möglichen Erweiterungen des Standardmodells zu bewerten
• die Suche nach neuen Phaenomenen jenseits des Standardmodells zu verstehen: Grosse Vereinheitlichung aller  Wechselwirkungen, supersymmetrische Teilchen, Dunkle Materie

Keine Vorkenntnisse nötig, die über die Zulassungsvoraussetzungen zum Masterstudium hinausgehen.

In der Vorlesung werden die Lerninhalte nach Themen strukturiert präsentiert. Dabei werden die grundlegenden Konzepte des Standardmodells der Teilchenphysik vermittelt und die bedeutendsten experimentellen Untersuchungen der theoretischen Vorhersagen bis hin zu den modernsten Experimenten und Messergebnissen erläutert. Auf die Diskussion der Erkenntnisse mit den Studierenden wird besonderer Wert gelegt, um das Verständnis der logischen Zusammenhänge der Theorie und des Wechselspiels mit den experimentellen Tests zu vertiefen. 

In den Übungen werden anhand von Problembeispielen die Lerninhalte vertieft und eingeübt, so dass die Studierenden das Gelernte selbständig erklären und anwenden können.

Volesungsfolien, Skript, Übungen optional zur Vertiefung und Verbreiterung der erlernten Inhalte (2SWS).

• B. Povh, K. Rith, Ch. Scholz, F. Zetsche: Teilchen und Kerne, Springer, (1997)
• Ch. Berger: Elementarteilchenphysik, Springer, (2002)
• P. Schmueser: Feynmangraphen und Eichtheorien fuer Experimentalphysiker, Springer, (1995)
• I.J.R. Aitchison, A.J.G. Hey: Gauge Theories in Particle Physics, Vol. 1, Institute of Physics Publishing, (2002)
• W. Greiner, B. Mueller: Quantum Mechanics - Symmetries, 2. ed., Springer, (1994)

Es findet eine mündliche Prüfung von 30 Minuten Dauer statt. Darin wird das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe exemplarisch durch Verständnisfragen und Diskussionen anhand von Skizzen und einfachen Formeln überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

• Welche fundamentalen Teilchen und Kräfte beschreibt das Standardmodell?
• Welches gemeinsame Symmetrieprinzip liegt den elementaren Wechselwirkungen zugrunde?
• Welche Konsequenzen haben die Symmetrien für die die Kräfte vermittelnden Teilchen?
• Welche Rolle spielt das Higgs-Boson im Standardmodell und was ist experimentell über seine Eigenschaften bekannt?
• Durch welche Experimente und Messungen wurden die Vorhersagen des Standardmodells in höherer Ordnung der Störungstheorie getestet?

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.