AKT II
Atom Kern Teilchenphysik II
Atom Kern Teilchenphysik II
Tauzerfälle
Leptonische in vtau, e, ve_anti oder vtau, my, vmy_anti
Hadronisch in vtau, d, u_anti (π-) oder vtau, s, u_anti (K-)
Bekanntes bsp für V-A theorie?
Pion-Zerfall (myonisch >häufiger> elektronisch)
Wahrscheinlichkeit für RH Teilchen in V-A Theorie?
1-v/c => für e unwahrscheinlich
Kann Pion unter starker WW zerfallen?
Nein, ist leichtestes Meson => kann nur über schwache WW zerfallen in Leptonen
Warum ist der Phasenraumfaktor für das Elektron beim Pionzerfall größer als fürs Myon?
Weil er proportional zum Impuls ist und dieser prop. zu
(1-(ml/mπ)^2)
l...lepton
Massenzustände sind ...
Eigenzustände der Teilchen-Hamiltonfkt
Nachweis niederenergetischer Photonen aus Primärprozess => warum mit Gallium(Gallex)?
Weil sie eine niedrige Energieschwelle ermöglichen, 0,233 MeV
Warum Unterscheidung neutrale/geladene Ströme bei e ve WW betrachten?
Um ve von vtau und vmy unterscheiden zu können
Feynmandiagramme SNO und CC/NC unterscheidung
A
Feynmandiagramme Superkamiokande - & was beschreiben sie zusätzlich?
Elastische streuung!
RICH besondere fähigkeit?
Raten der ve vtau vmy flüsse lassen sich bestimmen
Was zeigt SNO Ergebnis?
Dass Modell mit Messung übereinstimmt wenn vtau und vmy im neutrinofluss der sonne sind => werden aber nicht in sonne erzeugt => Umwandeln in andere Neutrinoflavours bei Flug über große Distanz möglich
Wodurch ist bei MINOS die Energie eines Neutrinos gegeben, das verschwindet (dissapearence)?
N vmy = my X
Durch die Energie des erzeugten Myon+Hadrons
Welche Messung von Neutrinoosz. war wo und welche waren sensitiv auf welche Größen?
Dayabay+RENO theta 13 (short baseline sensitiv auf ..)
Kamland theta 12, m12 (long baseline sensitiv auf ..)
MINOS theta 23, m23 (long baseline)
Lambda 0 zerfall entspricht...
s - u Übergang
Wahrscheinlichkeit für eAntineutrino das eAntineutrino bleibt full
Bild
Neutrales Kaonensystem Übergänge
Bla
Kaonen werden produziert mit Prozessen der ...
starken WW
Warum kommt in einem Feynmandiagram zum inv Betazerfall manchmal ve + e und manchmal ve_anti + e vor?
Weil die Reaktionsgleichung LHS und RHS der linken& rechten Seite des Feynmandiagramms entsprechen!!! =>> ve + D => e + p + p ist äquivalent zu D => e + ve_anti + p + p !!!
Terme Lagrangedichte U(1)xSU(2) nach Symmetriebrechung
Quadr. Abl.term und massenterm higgsfeld
Feldstärketerm Z und massenterm (1/4) phi0^2 (g1^2+g2^2)
Feldstärketerm A (EM feld)
Wmy+ Wmy- 1/2 g2^2 phi0^2
WW Terme
Näherung des Feynmanpropagators für quasifreies Teilchen und was rechtfertigt diese Annahme?
Tiefinelast. Streuung:
Fall |q|^2 >> m^2 => "quasifreies Teilchen" ;
QCD/Starke WW:
Für steigendes Q^2 fällt kopplungskonstante
Für |q|~100GeV => alpha_s ~0.1
Störungstheorie anwendbar und Fall der "asymptotischen Freiheit" weil Kopplungskonstante für große q und kleine abstände sinkt.
Was beschreibt ein Feynman Diagramm?
Summe über alle zeitgeordneten Diagramme
Unterschied zwischen Quarks und Leptonen?
Quarks nehmen an starker WW teil, Leptonen nicht
Was ist die Quelle der CP-Verletzung?
Die komplexe Phase der CKM Matrix
Worauf wirkt die starke WW? Wen koppelt sie?
Quarks, alle Quarkkombis die sich durch eine Elementarladung unterscheiden
Higgs Boson Masse
m_H~125GeV
Spin und Art des Higgsteilchens
Spin-0-skalares-Teilchen - the only fundamental scalar found in SM
Stärke der WWen und Gravitation bei 1fm
Strong: 1 EM: 10^-3 Weak: 10^-8 Gravity: 10^-37
Spin des Photons und aller anderen Austauschbosonen
Spin hypothetisches Graviton
1 2
Order of electroweak scale = W+/-, Z, H masses order
100GeV
Alle Teilchen die mit Kräften WW müssen dazu die ... in sich tragen. Welche ist dies für die schwache WW?
Zugehörige Ladung
Schwacher Isospin
Was sind die 12 fundamentalen Fermionen? Spin?
Leptonen und Quarks - Spin 1/2
Welche WW führt zu einem Flavour-change?
Schwache geladener strom WW
Warum ist mit 1/30 für weak und 1/137 für EM WW die weak Interaction zuerst größer aber dann doch kleiner als EM WW ?
Weil die schweren Eichbosonen bei der schwachen WW dazu führen dass sie bei niedrigen Energien schwächer ist als EM WW
Alle Zerfälle von fundamentalen Teilchen involvieren... weil nur sie ...
Schwache geladener strom WW ,einen Flavour-change erlaubt
Wie nennt man Quark-Bindungszustände?
Hadronen
Welche hadronischen Zustände gibt es?
Mesonen (q q_), Baryonen (qqq) , Antibaryonen (q_q_q_),
Einziges stabiles Hadron?
Proton, leichtestes System dreier Quarks (Baryon)
Was sagt die 2. Quantisierung aus?
Quantisierung nicht nur von Energie und Impuls sondern auch von Felder & Teilchen => Teilchenfeldern
Abweichung anomales magn. Moment des Myons Exp und SM
251+/-59 * 10^-11
-
- 1 / 325
-
Cartes-fiches
Wert und ausdruck Bohr magneton
My_B = e h_bar/ (2m_e)
5,788 *10^-5 eV/T
Ist Gamma my ein ViererVektor?
Nein!
B-Mesonen
K-Mesonen
D-Mesonen
Welche Quarks sind dabei?
Welches nicht?
Bottom + u,d
Strange + u,d
Charme + u,d
Masse Z boson?
91GeV
Masse B0 meson
5,3 GeV
Lebenszeit tau
1,5 *10^-12 s
Grenzen des SM Energien
1 peV bis 14TeV
Ab wann spricht man von Hinweis & Entdeckung?
3 sigma
5 sigma entdeckung
De broglie wellenlänge von Energie ableiten
E=hv = hc/lambda
nach lambda umformen
ATLAS
CMS
LHC-B
ALICE
A toroidal LHC apparatus
Compakt Myon Solenoid
Large hadron collider - for b physics
A large ion collider experiment
Einheit Luminosität
Zusammenhang WQ
Reaktionsrate = Streuereignisse/Zeit = sigma * L
L ... Luminosität [cm^-2 s^-1]
Beschleunigungsvorgang maximal am LHC + Energien
2,6 GeV im PS (Proton Synchrotron)
450 GeV im SPS (Super Proton Synchrotron)
7 TeV im LHC
Van der Graaff Beschleuniger + Energie
Gleichspannungsbeschleuniger, 20MeV
LINAC , typ Felder?
Linear accelerator: Röhre feldfrei, Beschleunigung im Spalt
Protonen
MeV/m
~50MeV
LINAC f Elektronen
30 GeV
Felder zur Fokussierung
Radius Synchrotron
B Felder
Beschleunigung durch?
3km
8T
Radiofrequency cavities
Energien Fermilab Beschleuniger
400MeV-1TeV
Protonen pro Paket
Pakete
10^11
2800
Luminosität LHC
10^34
Luminosität e_e+ kollider
10^31
Wozu dienen Dipol-&Quadrupol Magnete im LHC
Dipol: Ablenkung
Quadrupol: Fokussierung
Energieverlust Teilchenbeschleuniger
Durch Synchrotronstrahlung, 10^13 mal kleiner bei p als bei e_
LEP
Large elektron positron collider
LEP energy
100GeV
Teilchenidentifikation (7)
Masse,Ladung, WW, Spin,magnMoment, Lebensdauer, Zerfallsmoden
Messgrößen Teilchenkollission
Position:Tracking
Impuls: Krümmung im b feld
Energie: Photonen, e_, hadronen sog.Kalorimeter (bsp Szintillatorplatten+Absorbermaterial)
Ziel: 4er Impuls
Nachweis d. Teilchens durch Energieübertrag auf Detektormaterial - Messung des
Energieverlustes,
Ladungstransportes,
Ladung,
&Tracking
Wie misst man am besten Myonen im Teilchenbeschleuniger? (Energie angeben)
Für E ~100GeV dringen sie tief in Detektor ein, haben als Hauptenergieverlust-Prozess die Ionisation der Detektormaterialatome => an großer Eindringtiefe erkennbar und daran dass sie durch sonstige Prozesse fast keine Energie verlieren
Bethe Bloch Formel Proportionalitäten?
dE/dx prop zu Z und ln(beta^2 gamma^2) und 1/v^2
(1/roh) dE/dx prop zu Z/A und wie oben
Von dichte abhängig aber eig nicht stark
Langsame teilchen haben höchste verluste (1/v^2) aber bei beschleunigerenergien nicht relevant
Tracking von Teilchen Trajektorien - Eigenschaft gelad. Teilchen, wie Impuls messen?
Geladene teilchen hinterlassen schweif an ionisierten atomen und freien elektronen bei Durchgang durch jedes Medium
Trend zu Silicon tracking detectors
Messe krümmung im b feld und einfallswinkel => impuls rekonstruieren
Wie funktioniert ein Silicon tracking Detektor?
Mehrere zylinder silizium (dotiert) => gelad. teilchen hinterlässt elektron-lochpaare
In organischen Szintillatoren..
... hinterlassen geladene Teilchen eine Spur von angeregten Molekülen (abregung UV) - durch Dotierung mit floureszierenden Farbmolekülen kann diese UV strahlung absorbiert und im blauen Bereich reemittiert werden => Photomultiplier - extreme Genauigkeit.
Cerenkov Strahlung
Geladene Teilchen in Dielektrikum mit Brechungsindex n hinterlassen polarisierte Moleküle die sich wieder abregen (zum unpolarisierten zustand) durch emission von Photonen. Ist v>c/n also der Lichtgeschw. in diesem medium so ensteht Cerenkov strahlung durch Konstruktive Interferenz - coherent wavefront at fixed angle to velocity
Neutrinomessung&cerenkov radiation
Große wassertanks (transparentes medium) => SNO mit deuterium, ve+n=>p+e_ => elektronen führen zu cerenkov strahlung diese messen
Cerenkov radiation second use?
For particle identification
Hauptprozess Elektronenenergieverlust im Detektor?
Bremsstrahlung, ab Energie 800MeV/Z - für Beschleuniger leicht erreicht (zuvor ionisation)
Warum nimmt myon viel selterner teil an bremsstrahlung als elektron?
Effekt invers prop zu masse
Photonstreuung im fk effekte nach energien
Photoeffekt bis <1MeV
Compton streuung 1MeV
paarproduktion >10MeV
Elektromagnetische Calorimeter (3 facts)
Hohes Z - material
Inorganic szintillator out of array of 75000 crystals
Short radiation length ~1cm
Auflösung EM calorimeter für 1GeV elektron/Photon
3-10%
