hartmut abele, university of heidelberg 1 standardmodell der teilchenphysik input: principia:...
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Hartmut Abele, University of Heidelberg 1
Standardmodell der Teilchenphysik
Input: Principia: - Eichprinzip angewandt auf U(1) x SU(2) x SU(3)
- Lorentzinvarianz: x‘ = Lx
- CPT, ...Invarianz
Output: - Wechselwirkungen
- Bewegungsgleichungen Maxwell, Schrödinger, Dirac- Existenz der Photonen, Gluonen, W±, Z0 (Träger der WW)- Erhaltung der Ladungen (Quelle der
WW)
Fazit: SM ist sehr erfolgreich- z.B. als Basis für Technologie, Chemie, Mol.biologie
D. Dubbers 2007
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D. Dubbers 2007
... jedoch unvollständig!
ungelöste Probleme (DPG 2007):- 3 Teilchenfamilien (#1)
- 12 Massen (#2)
- 4 Phasen der Quarkmischung (#1)
- 4 Phasen Leptonmischung
- Paritätsverletzung (#1)
- Gravitation (#2)
- CP-Verletzung und die Baryon-Asymmetrie des Universums (#2)
- Massen- und Energiedichte des Universums (#1,2)
Frage: gibt es eine universelle Lösung zu allen verbleibenden Frage?Falls ja, dann findet diese Vereinheitlichung voraussichtlich bei extrem hohen Energien statt!
Theorie: Antibaryon-Dichte = Baryon-Dichte ~ 10-18 Photon Dichte
Messung: Antibaryon-Dichte << Baryon-Dichte ~ 10-9 Photon Dichte (Neutron größter Einzelfehler)
mögliche Erklärung: Verletzung der 'CP-Symmetrie‘ (#3)
Info aus BBN + n bzw.WMAP
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Antwort: Präzisionsmessungen bei niederen Energien
Unbekannter Prozess bei unerreichbar hoher Energie, z.B. M ~ 105...19GeV
- hat einen Propagator,
- der vom Arbeitsbereich z.B. 1 neV bzw. 103GeV unabhängig ist
- und klein ist:
benötigt wird: Hohe Präzision, die bei niederen Energien am größten ist
2 2 2
1 1p M M
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= 1/137
100 GeV, LEP-energy at CERN
= 1/128
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GUTMPL
MnPL
quantum gravity
= 1/137
100 GeV, LEP-energy at CERN
= 1/128
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Standardmodell der Teilchenphysik
Input: Principia: - Eichprinzip angewandt auf U(1) x SU(2) x SU(3)
- Lorentzinvarianz: x‘ = Lx
- CPT, ...Invarianz
Output: - Wechselwirkungen
- Bewegungsgleichungen Maxwell, Schrödinger, Dirac- Existenz der Photonen, Gluonen, W±, Z0 (Träger der WW)- Erhaltung der Ladungen (Quelle der
WW)
Fazit: SM ist sehr erfolgreich- z.B. als Basis für Technologie, Chemie, Mol.biologie
D. Dubbers 2007
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Gamma Matrizen
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Drei Besonderheiten des Standardmodells
1. Paritätsverletzung
en p e
Neutron -Zerfall Lebensdauer ~ 15 min -Endpunktenergie: Emax = 782 keV
V-A Theorie: Vektorkopplung: gV = GF Vud
f1(q2→0)
Axialvektorkopplung: gA = GF Vud g1(q2→0)
Verhältnis = gA/ gV
Frage: V+A (WR, ), S, T?
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Neutron Beta Decay2 2 2 2 2
03 7 3
1( ) (1 3 ) ( )
2 F udW pdp p E E dpG Vc
Electron
Neutron Spin
ElectronNeutron SpinA
W()={1+v/cPAcos()}
Detector
Detector
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Correlation measurements in -decay
Electron
Proton
Neutrino
Neutron SpinA
B
C Observables in neutron decay:
Lifetime SpinMomenta of decay particles
Observables in neutron decay:
Lifetime SpinMomenta of decay particles
n n p e p e eeaa
DD
RRNN
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Parameters and Observables
ParametersStrength: GF
Quark mixing: Vud
Ratio: = gA/gV
2 2 2 2 203 7 3
1( ) (1 3 ) ( )
2 F udW pdp p E E dpG Vc
5 41 2 2 2
3 7(1 3 )2
Re
ud F
f m cV G
h
2
( 1)2
1 3A
exp
N NA
N N
PfAAc
vexp
ObservablesLifetime Correlation ACorrelation BCorrelation CCorrelation aCorrelation DCorrelation RBeta SpectrumProton SpectrumPolarized SpectraBeta Helicity
Electron
Proton
Neutrino
Neutron Spin
A
B
C
5 41 2 2 2
3 7(1 3 )2ud
Re
F
fV
mG
ch
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Coefficient A
Coefficient A and lifetime determine Vud and
Electron
Neutron Spin
ElectronNeutron SpinA
W()={1+v/cPAcos()}
231
)1(2
A 231
)1(2
A
on flipper spin with spectrum electron
off flipper spin with spectrum electron
:N
:N
on flipper spin with spectrum electron
off flipper spin with spectrum electron
:N
:N
PfAAc
vexp PfAA
c
vexp
= gA/gV= gA/gV
No coincidences !
)31(
sec249082
2
udV )31(
sec249082
2
udV
2 2
0 0
(1 cos )sinv
N P dA dc
NN
NNAexp
NN
NNAexp A
N N
N Nexp
A
N N
N Nexp
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For correlation coefficient A measurements…
Neutrons: 160 MioPolarizer: 99.75 %Spin Flipper: 100.05%Analyzer: 100 % 3He-cells
Spectrometer
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Neutron Production at the ILL
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Technische Entwicklungen UHD
Neutrograph, Radio- und Tomographiestation
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Technische Entwicklungen
FIRMENGRÜNDUNGEN:
2001 SDH Neutronenoptik H. Haese
2007 CASCADE große superschnelle n-DetektorenM. Klein et al.
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Neutronenradiographie
Sendung Campus-TV, ab 23. März 2007
www.neutrograph.de
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Common Rail Diesel InjectorCommon Rail Diesel Injector
time resolution of 100 µs• Integration of 52000 images per time step
• Pressure at the order of 350 bar
50 mm
10 mm
500 µs 800 µs700 µs600 µs
0.8 %
0%
0.4%
From M. Engelhardt, Diplomathesis, TUM
• Equipment supplied by • Robert Bosch GmbH, Stuttgart
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Neutron Production
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B. Maerkisch, D. Dubbers, H.A. et al.B. Maerkisch, D. Dubbers, H.A. et al.
Virtually no systematic errors - background
- edge effect
- mirror effect
PERKEO III20 October 2006 – 11 April 2007
to beamstop
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PERKEO III
PERKEO III
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Results PERKEO II(2006)
Spectra Dissertation D. Mund, 2006
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Result for A
Dissertation D. Mund, 2006
exp
1 v
2 c
N NA
N N
PfA
exp
1 v
2 c
N NA
N N
PfA
2
( 1)2
1 3A
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Beamrelated Background
Collimation system < 0.15 s-1
Det. 0
Det. 1
Fitregion
Electron-Spectrum
Beamline BG
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Recommended value for lambda
= -1.27500.0009Calculate SM Lifetime = 882 ± 1.0 s- vs 885.7 ± 0.7 s PDG 2006
- vs 878.5 ± 0.7 s Serebrov et al.
2002: result: A = -0.1189(8) = -1.2739(19)2006: result: A = -0.11948(40) = -1.2754(11)
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Collaboration PERKEO 1995 - 2007
ILL GrenobleJ. Last, U. Mayerhofer, O. Zimmer, V. Nesvizhevsky, T. Soldner, A. Petoukhov
Universität Heidelberg Stefan Baeßler, C. Raven, T. Müller, C. Metz, M. Astruc Hoffmann, Uta Peschke, Jürgen Reich, Bernhard Brand, Michael Kreuz, Ulrich Mayer Daniela Mund, Christian Plonka, Christian Vogel, Bastian Märkisch, Markus Brehm, Jochen Krempel, Marc Deissenroth, Marc Schumann, Alexander Kaplan, Daniel Wilkin, Dirk Dubbers, H.A.
U. MainzS. Baeßler
FZKF. Glück