Teilchenphysik an Collidern und im Hochenergie-Universum
Particle Physics at Colliders and in the High Energy Universe

Dieses Modul gibt eine Einführung in die moderne Teilchenphysik an der Schnittstelle von beschleuniger-basierten Experimenten und der Astroteilchenphysik. Es behandelt:

• Aktuelle Themen der Teilchenphysik bei höchsten Energien mit einer fundierten Diskussion der experimentellen Methoden, unter anderem: Das Standardmodell, das Higgs Boson, Physik jenseits des Standardmodells sowie eine generelle Einführungnin hochenergetische Proton-Proton Kollisionen 
• Eine Einführung in die Kosmologie
• Hochenergetische Prozesse im frühen Universum vom "thermal Freezout" bis zur kosmischen Hintergrundstrahlung
• Design und Technologie des Large Hadron Collider und der entsprechenden Experimente
• Teilchenbeschleunigung im Universum

Nach erfolgreicher Teilnahme an diesem Modul ist der/die Studierende in der Lage

1. die grundlegenden Konzepte der modernen Teilchenphysik zu verstehen
2. die grundlegenden Konzepte der Kosmologie zu verstehen 
3. die zentralen Themen der aktuellen Teilchenphysik am Large Hadron Collider sowohl innerhald als auch jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik zu diskutieren
4. die teilchenphysikalischen Prozesse im frühen Universum zu diskutieren 
5. die Konzepte moderner Beschleuniger und Colliderexperimente zu verstehen
6. den experimentellen Nachweis von Teilchen sowie die Wechselwirkung von Teilchen mit Materie zu beschreiben
7. die kosmischen Beschleunigungsmechanismen und entsprechende Quellen zu beschreiben
8. die enge Beziehung von Kosmologie und Teilchenphysik zu verstehen

Einführungsvorlesung in Kern-, Teilchen- und Astrophysik (z.B. PH0016 aus dem Physik-Bachelor).

Das Modul besteht aus einer Vorlesung sowie einem Journal Club. Die Vorlesung präsentiert die Lerninhalte in aufeinander aufbauenden Themenabschnitten und liefert Querverweise auf neueste Ergebnisse aus der Teilchen- und Astroteilchenphysik, mit denen die Studierenden die einzelnen Themen im Eigenstudium weiter vertiefen können. Die Präsenzveranstaltung bietet kontinuierlich die Möglichkeit zur intensiven Diskussion der Vorlesungsinhalte und thematisch verwandter Fragestellungen, die sich aus den weiterführenden Stoffen ergeben. Im Journal Club werden ausgewählte wissenschaftliche Publikationen diskutiert, um einzelne Themen zu vertiefen und den Bezug zur aktuellen Forschung zu verstärken.

PowerPoint - Präsentation und Tafelarbeit, Website für Präsentationsmaterialien, weiterführende Literatur und Links. Für den Journal Club werden die entsprechenden Veröffentlichungen zugänglich gemacht. 

• M. Thomson: Modern Particle Physics, Cambridge University Press, (2013)
• L. Bergström and A. Goobar: Cosmology and Particle Astrophysics, Springer, (2004)

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 überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

• Beschreiben Sie die Funktionsweise und die wichtigsten Elemente von modernen Teilchenbeschleunigern
• Wie wird die Energie von Teilchen in einem Collider-Experiment gemessen?
• Wie werden Higgs-Bosonen am LHC erzeugt, und wie zerfallen sie?
• Welche offenen Fragen des Standardmodells der Teilchenphysik könnten durch Supersymmetrie gelöst werden?
• Was können wir aus dem Spektrum der kosmischen Hintergrundstrahlung über das frühe Universum lernen?
• Welche Modelle zur Beschleunigung hochenergetischer kosmischer Strahlung gibt es?
• Was ist der Unterschied zwischen dem "thermal Freezeout" von Neutrinos und von WIMPs?