Astroteilchenphysik I
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- Leon Kneller
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1 Guido Drexlin, Institut für Experimentelle Kernphysik Astroteilchenphysik I WS 2015/16 G. Drexlin (EKP) KIT University of the State of Baden-Württemberg and National Research Center of the Helmholtz Association
2 Astroteilchenphysik Definition Astroteilchenphysik = Verbindung zwischen Mikro- und Makrokosmos c 0 Teilchenphysik c 0 Astrophysik Kosmologie Astroteilchenphysik G. Drexlin VL01
3 Astroteilchenphysik Definition Astroteilchenphysik = Verbindung zwischen Mikro- und Makrokosmos von den Quarks zum Kosmos m m 3 Quarks in einem Proton Galaxien im Kosmos G. Drexlin VL01
4 Astroteilchenphysik Definition Astroteilchenphysik = Verbindung zwischen Mikro- und Makrokosmos von Neutralinos zur Dunklen Materie Teilchentheorie Astronomie SUSY-Neutralino Dunkle Materie im Kosmos G. Drexlin VL01
5 Astroteilchenphysik Definition Astroteilchenphysik = Verbindung zwischen Mikro- und Makrokosmos von der Neutrino-Masse zu Kernkollaps-SNae Experimentelle Techniken Astrophysik Neutrino-Messenger Supernova-Explosionen G. Drexlin VL01
6 Astroteilchenphysik Definition Astroteilchenphysik = Verbindung zwischen Mikro- und Makrokosmos von Cosmic Rays zu SNR s Experimentelle Techniken Astrophysik Luftschauerpropagation Kosmische Beschleuniger G. Drexlin VL01
7 Astroteilchenphysik Querverbindungen - I SNIIa SNIae & dunkle Energie, SNae & CR s Pulsar CR SNR WD SNIa G. Drexlin VL01
8 Astroteilchenphysik Querverbindungen II WIMPs c Indirekte Suche nach Dunkler Materie: WIMP Annihilation im galaktischen Zentrum & Gammas aus SNR s c galaktisches Zentrum SNR IACT G. Drexlin VL01
9 Astroteilchenphysik Querverbindungen III Universum Galaxis Kern Atom Quarks G. Drexlin VL01
10 Astroteilchenphysik fundamentale Fragen Universum Galaxis Kosmische Strahlung: - welches sind die Quellen und wie erfolgt die Propagation? - welche Mechanismen beschleunigen sie? Kern Gamma Ray Burst Atom SN Shockfront Quarks G. Drexlin VL01
11 Astroteilchenphysik Methoden Universum Galaxis Kosmische Strahlung: - Luftschauer- Experimente - Gamma- Teleskope - Neutrino- Teleskope - Satelliten- Experimente G. Drexlin VL01
12 Astroteilchenphysik fundamentale Fragen Universum Galaxis Neutrino- Eigenschaften Kern Atom Quarks G. Drexlin VL01
13 Astroteilchenphysik Methoden Universum Galaxis Neutrino- Eigenschaften - ß-Zerfalls- Experimente - 0nßß-Zerfalls- Experimente - n-oszillations- Experimente Kern Atom Quarks G. Drexlin VL01
14 Astroteilchenphysik fundamentale Fragen Universum Galaxis Dunkle Materie: - woraus besteht die nicht-baryonische Materie? - wie wurde sie erzeugt, wie wechselwirkt sie, kann man sie im Labor erzeugen? Kern Atom Quarks G. Drexlin VL01
15 Astroteilchenphysik Methoden c 0 Universum Galaxis c 0 Dunkle Materie: - direkte Nachweis- Experimente (Streuung) - indirekte Nachweis- Experimente (Annihilation) - LHC- Experimente Kern Atom Quarks G. Drexlin VL01
16 Kann ich auch mal ins Ausland? Astroteilchenphysik: ein internationales Umfeld KATRIN EW-III CMS, AMS-02 KATRIN KATRIN AUGER Unterstützung durch G. Drexlin VL01
17 Vorlesung Astroteilchenphysik I Struktur 8 ECTS Vorlesung: - 15 Vorlesungen im WS 2013/14-2 SWS = 4 ECTS Punkte - VL zusammen mit Kathrin Valerius 4 ECTS WS2015/ G. Drexlin VL01
18 Vorlesung Astroteilchenphysik I Struktur 8 ECTS WS2015/16 Übungen ATP Übungsblätter 1 SWS - Übungen alle 2 Wochen 2h - Termin: Mi. 14:00-15:30 (ab 4.11.) - Ort: kleiner HS B - Leitung: Stefan Groh (@kit.edu) Manuel Klein (@kit.edu) - Kriterien: a) Anwesenheit b) Teilaufgaben vorrechnen 2 ECTS - Aufgaben: -verteiler: atp-vorlesung-drexlin@lists.kit.edu KIT-Listserver zum Anmelden: G. Drexlin VL01
19 Vorlesung Astroteilchenphysik I Struktur 8 ECTS Blockübungen (in vorlesungsfreier Zeit) - Ort: Seminarraum am Campus Nord - 1 SWS = 2 ECTS Punkte 2 ECTS WS2015/16 c G. Drexlin VL01
20 Astroteilchenphysik I, II & Kosmologie Kosmologie 6 ECTS WiSe 2015/16 Big Bang, kosmologische Modelle, Entwicklung des Universums Astroteilchenphysik I WiSe 2015/16 Einführung & Grundlagen, Experimentelle Methoden, Dunkles Universum Kosm. Strahlung WiSe 2015/16 galaktisch/extragalaktisch, Nachweis, Quellen 6 ECTS 8 ECTS 6 ECTS ATP II : Teilchen & Sterne SoSe 2016 Neutrinos, Stellare Endphasen, Multi-Messenger-Methoden Gammastrahlung SoSe 2016 galaktisch/extragalaktisch, Nachweis, Quellen 6 ECTS 6 ECTS G. Drexlin VL01
21 Masterstudium & ATP Welche Fächerkombination? Vertiefungsfach (VF) 20 ECTS - mündliche Prüfung ~ min. - modulübergreifende Themen, Stoff über alle gewählten Fächer Ergänzungsfach (EF) 14 ECTS - mündliche Prüfung ~ min. - modulübergreifende Themen, Stoff über die gewählten Fächer G. Drexlin VL01
22 Masterstudium & ATP Welche Fächerkombination? die Vorlesungen ATP I, II können auch kombiniert werden mit - Kosmologie - Messmethoden & Techniken der Experimentalphysik - Neutrinophysik - Beschleunigerphysik - Elektronik - Datenanalyse - Detektoren G. Drexlin VL01
23 Was kann ich bei ATP im Master lernen? Moderne MC-Methoden Moderne Detektoren G. Drexlin VL01 ModerneTechnologien Moderne Analysetechniken
24 and the winner is: neutrino oscillations!! Nobelpreis für Physik 2015 Takaaki Kajita Art McDonald G. Drexlin VL01
25 Was kann ich bei ATP im Master lernen? 10. Juli 2014 Takaaki Kajita Art McDonald G. Drexlin VL01
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27 Astroteilchenphysik Word Cloud G. Drexlin VL01
28 Astroteilchenphysik I : Gliederung 1. Einführung 1.1 Teilchenstrahlung aus dem Labor 1.2 Teilchenstrahlung aus dem Universum 2. Experimentelle Methoden 2.1 Multi-Messenger-Methoden Luftschauer-Experimente Gamma-Teleskope Neutrino-Teleskope 2.2 Suche nach seltenen Ereignissen Untergrundprozesse Abschirm-Methoden Zerfallsketten G. Drexlin VL01
29 Astroteilchenphysik I : Gliederung 3. Dunkles Universum 3.1 Einführung 3.2 WIMP-Kandidaten 3.3 Neutralino-Suche am LHC 3.4 indirekte Nachweismethoden Gammas und Positronen Neutrinos 3.5 direkte Nachweismethoden Reaktionskinematik kryogene Bolometer Flüssig-Edelgas-Detektoren 3.6 Axionen 3.7 Dunkle Energie experimentelle Ansätze G. Drexlin VL01
30 Astroteilchenphysik II : Gliederung 5. Neutrinos 5.1 Einführung: Historie & Grundlagen, n Quellen 5.2 n-oszillationen: Übersicht 5.3 solare & atmosphärische Neutrinos 5.4 Beschleuniger- und Reaktor-Neutrinos 5.5 Neutrinomassen: ß-Zerfallskinematik & Suche nach dem 0nßß 6. Stellare Evolution 6.1 Entstehung & Entwicklung von Sternen 6.2 Weiße Zwerge & SNIae 6.3 SNIIae: Mechanismus, Neutronensterne & Pulsare 6.4 Supernova-Neutrinos 7. Gravitationswellen 7.1 astrophysikalische Quellen 7.2 Nachweis von Gravitationswellen: Laser-Interferometer G. Drexlin VL01
31 Astroteilchenphysik Literatur H.V. Klapdor, K. Zuber Claus Grupen Donald H. Perkins L. Bergström, A. Goobar Teilchenastrophysik Astroparticle Physics Particle Astrophysics Cosmology & Particle Teubner Verlag (1997) Springer Verlag (2005) Oxford (2009), 2 nd Ed., 360 S. Astrophysics Springer Überblick über Status & Das Universum im Licht Quarks & Leptons, expand. 2 nd Ed, (2004), 364 S. offene Probleme der der kosmischen Strahlung Universe, conservation rules advanced undergraduate Teilchenastrophysik Beschleunigung, primäre dark matter, dark energy, level, technical appendices dt. Originalausgabe & sekund. kosm. Strahlung particles and the cosmos basic facts of the universe G. Drexlin VL01
32 Astroteilchenphysik weltweit - Fachartikel de.arxiv.org ATP-preprints in: astro-ph (Astrophysik) hep-ex, nucl-ex (Experiment) hep-ph (Phänomenologie) G. Drexlin VL01
33 1. Einführung Teilchenstrahlung aus dem Universum und dem Labor Gammas Neutrinos Cosmic Rays Gravitationswellen G. Drexlin VL01
34 1.1 Teilchenstrahlung aus dem Universum Teilchenstrahlung aus dem (nicht-thermischen) Universum Geladene kosmische Strahlung - Quellen: kosmische Beschleuniger (galaktisch, extragalaktisch) großflächige Luftschauer-Arrays G. Drexlin VL01
35 Hochenergie-Gammas aus dem Universum Teilchenstrahlung aus dem (nicht-thermischen) Universum Gamma-Strahlung im GeV-TeV Bereich - Quellen: kosmische Beschleuniger (galaktisch, extragalaktisch) Cherenkov- Teleskope G. Drexlin VL01
36 Hochenergie-Neutrinos aus dem Universum Teilchenstrahlung aus dem (nicht-thermischen) Universum Neutrino-Strahlung im PeV Bereich - Quellen: kosmische Beschleuniger (galaktisch, extragalaktisch) Neutrino- Teleskope G. Drexlin VL01
37 Hochenergie-Messenger-Methoden Teilchenstrahlung aus dem (nicht-thermischen) Universum Multi-Messenger-Methoden: Messung von Quellen mit allen Teilchenarten - Gammas - Neutrinos - geladene Teilchen G. Drexlin VL01
38 Hochenergie-Messengers Teilchenstrahlung aus dem (nicht-thermischen) Universum Multi-Messenger Prozesse in einer Supernova G. Drexlin VL01
39 Hochenergie-Messengers aus DMA Teilchenstrahlung aus dem (nicht-thermischen) Universum Messengers (g s, n s, e + ) von WIMP-Annihilation im GeV-TeV Bereich - Quellen: Annihilation im galaktischen Zentrum, Sonneninnern, Zwerggalaxien Gamma- Teleskop im All G. Drexlin VL01
40 Gravitationswellen aus dem Universum Teilchenstrahlung aus dem (nicht-thermischen) Universum Gravitationswellen im Frequenzbereich Hz - Quellen: Binärsysteme, Supernovae, Verschmelzung kompakter Objekte Laser- Interferometer G. Drexlin VL01
41 kev/mev-neutrinos aus der Erde Teilchenstrahlung (nicht-thermisch) aus der Erde ß-Zerfälle instabiler Kerne - Neutrino-Quellen: Erdkruste Erdmantel Erdkern 100 t Szintillator Mantel Kern PMTs Untergrundlabore G. Drexlin VL01
42 kev/mev-neutrinos aus der Erde Teilchenstrahlung (nicht-thermisch) aus der Erde ß-Zerfälle instabiler Kerne - Neutrino-Quellen: Erdkruste Erdmantel Erdkern Mantel Kern G. Drexlin VL01
43 GeV-PeV-Neutrinos aus der Atmosphäre Teilchenstrahlung (nicht-thermisch) aus der Atmosphäre Zerfälle instabiler Pionen und Myonen - Neutrino-Quellen: dünne Schicht in oberer Atmosphäre CCreaction µ G. Drexlin VL01
44 Dunkelmaterie-WIMPs aus dem Universum Teilchenstrahlung aus dem (thermischen) Universum Dunkelmaterie-WIMPs aus der Galaxis (kev-energien) - Quellen: neutrale schwere `thermische Relikte` aus dem Big Bang, die heute im galaktischen Gravitationspotenzial gebunden sind DM- Detektor G. Drexlin VL01
45 MeV-Neutrinos aus der Sonne Neutrinos aus dem (thermischen) Universum Mittelenergetische Neutrinos im MeV-Bereich - Quellen: thermische Prozesse in Sonne (Fusion) Wasser-Cherenkov-Detektor G. Drexlin VL01
46 MeV-Neutrinos aus Sternen Neutrinos aus dem (thermischen) Universum Mittelenergetische Neutrinos im MeV-Bereich - Quellen: thermische Prozesse in Supernovae (PNS) Wasser-Cherenkov-Detektor G. Drexlin VL01
47 1.2 Teilchenstrahlung aus dem Labor Teilchenstrahlung aus dem Labor - Hochenergiebeschleuniger Protonensynchrotrons - Beispiele: CERN (LHC, SPS), Fermilab pp-kollisionen Neutrinostrahlen G. Drexlin VL01
48 Suche nach SUSY-Teilchen (GeV-TeV) Teilchenstrahlung aus dem Labor Instrumentarium CMS, ATLAS Protonensynchrotrons - Suche nach SUSY Teilchen: WIMP-Erzeugung im Labor ~ c 0 Spurrekonstruktion & fehlende Energie/Impuls G. Drexlin VL01
49 Hochenergie-Neutrinostrahlen Teilchenstrahlung aus dem Labor HE Neutrinostrahlen Protonensynchrotrons - Neutrino-Oszillationen - CP Verletzung im leptonischen Sektor G. Drexlin VL01
50 Hochenergie-Neutrinostrahlen Teilchenstrahlung aus dem Labor HE Neutrinostrahlen Protonensynchrotrons v > c??? - Neutrino-Oszillationen - CP Verletzung im leptonischen Sektor SPS LNGS G. Drexlin VL01
51 Neutrinos aus Kernreaktoren Teilchenstrahlung aus dem Labor Kernreaktoren ß-Zerfälle instabiler Kerne - Neutrino-Oszillationen - Massenhierarchie von Neutrinos _ n e ß-Zerfall G. Drexlin VL01
52 ß- und ßß- Zerfallsquellen (kev-mev) Teilchenstrahlung aus dem Labor ß-/ßß-Zerfälle von instabilen Kernen - Neutrino-Massen-Skala - CP-Eigenschaften 76 Ge G. Drexlin VL01
Astroteilchenphysik I
Guido Drexlin, Institut für Experimentelle Kernphysik Astroteilchenphysik I WS 2013/14 G. Drexlin (EKP) https://neutrino.ikp.kit.edu/personal/drexlin/home KIT University of the State of Baden-Württemberg
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