Tests des Standardmodells der Teilchenphysik 2
Testing the Standard Model of Particle Physics 2

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:

Aktuelle experimentelle Tests des Standardmodells:

1. Praezisionsmessungen der elektroschwachen Wechselwirkung
2. Physik am Large Hadron Collider
3. Suche nach dem Higgs-Boson

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

• der Verknuepfung von Theorie und Experiment mittels Stoerungstheorie und Feynman-Diagrammen zu verstehen
• Experimente und Ergebnisse der modernen Teilchenphysik zu interpretieren
• die Praezisionsmessungen der elektroschwachen Wechselwirkungen durch die Experimente an den LEP-, Tevatron- und LHC- Beschleunigern zu analysieren
• die aktuellen Themen und Ergebnisse der LHC-Experimente bei den hoechsten Energien zu diskutieren
• die Messungen der CP-Symmetrieverletzung in B-Mesonzerfaellen und die Suche nach seltenen Zerfaellen an B-Mesonfabriken und am LHC zu analysieren
• die Messungen der Neutrino-Oszillationen und Neutrinomassen zu interpretieren
• die Suche nach neuen Phaenomenen jenseits des Standardmodells zu verstehen: Grosse Vereinheitlichung aller  Wechselwirkungen, supersymmetrische Teilchen, Dunkle Materie
• die Konzepte und Funktionsweise moderner Experimente der Teilchenphysik anzuwenden

PH2044: Tests des Standardmodells der Teilchenphysik 1

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)
• CERN yellow reports, European Particle Physics School Lecture Notes (www.cern.ch)

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, Diskussionen anhand von Skizzen und einfachen Formeln überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

• Was sind die Observablen, die mit hoher Präzision bei Elektron-Positron-Kollisionen in der Z-Resonanz gemessen werden können?
• Wie ist die Masse des Higgs-Bosons mit dem Standardmodell verbunden?
• Erklären Sie den Ursprung der CP-Symmetrieverletzung.
• Wie kann die Verletzung der CP-Symmetrie mit Hilfe des B-Meson Zerfalls gemessen werden?
• Wie können wir feststellen, dass Neutrinos Masse besitzen?
• Wie wurden Neutrino-Oszillationen zuerst entdeckt?
• Geben Sie Beispiele für weitere offene Fragen, die das Standardmodell aufwirft.
• Geben Sie Beispiele für die Erweiterungen des Standardmodells.

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.