Teilchen, Thesen, Temperamente
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- Mona Wolf
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1 Teilchen, Thesen, Temperamente S. Bethke Max-Planck-Institut für Physik, 3. Juni Teilchen, Thesen, Temperamente Einblicke in Forschungsprojekte des MPP
2 Teilchen, Thesen, Temperamente S. Bethke Max-Planck-Institut für Physik, 3. Juni 2014 Temperamente Projektleiter Direktoren
3 Teilchen, Thesen, Temperamente S. Bethke Max-Planck-Institut für Physik, 3. Juni Physikalische Grundlagenforschung am MPP Mikrokosmos Makrokosmos
4 Struktur und wissenschaftliche Themen des MPP Theorie Technologie- Entwicklung Experiment Teilchenphysik Struktur der Materie auf den kleinsten und grössten Skalen Astro-Teilchenphysik Teilchenbeschleuniger bei höchsten Energien Hochpräzision bei kleinen Energien Kosmische Quellen LHC, hl-lhc, Awake, Detektorentwicklung Teilchen-Phänomenologie, Fundamentale Theorie BELLE, GERDA Detektorentwicklung Teilchen-Phänomenologie, Fundamentale Theorie MAGIC, CRESST, Detektorentwicklung Teilchen-Kosmologie, Astro-Teilchen-Phänom. Teilchen, Thesen, Temperamente S. Bethke Max-Planck-Institut für Physik, 3. Juni
5 Dimensionen und Struktur der Materie Dimensionen und Struktur der Materie Universum m Galaxie m Sonnensystem m Erde 10 7 m Mensch 10 0 m Atom m Atomkern m Nukleon m Quark; Lepton < m?????????? Teilchen, Thesen, Temperamente S. Bethke Max-Planck-Institut für Physik, 3. Juni
6 Quarks Leptonen u d e e Teilchen und Thesen: Das Standardmodell der Teilchenphysik Elementare Teilchen Generation c s µ... sowie deren Antiteilchen t b τ µ τ Stark El.-magn. Elementare Kräfte Schwach Gravitation Austauschboson Habemus Higgsum S.Bethke, MPP München Univ. Dortmund, 8. April g γ W ±, Z 0 Beschreibung der Kräfte (ausser Grav.!) durch Quantenfeldtheorien Damit werden alle bekannten Teilchen und Kräfte beschrieben! (bekannte Materie besteht aus Teilchen der 1. Generation) theoretische Vorhersage zur Erklärung der verschiedenen Teilchenmassen: das HIGGS Boson bis vor kurzem noch unentdeckt G relative Stärke 1 1/
7 Das expandierende Universum γ Zeit GEGENWART Temperatur Alter 2.7 K 13.7 Milliarden Jahre Wir sind hier γ Schwere Sterne Schweres Atom. erste Supernovae Entstehung von Sternen und Galaxien 1 1 K 1 Milliarde Jahre Astronomie Wasserstoff Atom n e Q Q Q LHC Q p Z Z e γ γ Q e e e Helium Atom e p n n p W e Q p g e Proto-Galaxie γ p Proton (Wasserstoff-Kern) Q Q Q Proton (Baryonen) Q Q e Q p n n p Helium-Kern g Gluon e n Q γ Photon γ Q? p X p Q e e Elektron e Positron Q? L? UNIVERSUM WIRD TRANSPARENT Bildung von Atomen. Entkopplung von Strahlung und Materie. Nukleosynthese von Helium Positronen verschwinden Formation von Protonen und Neutronen Antiquarks verschwinden Asymmetry Q - Q L - L Inflation GROSSE VEREINHEITLICHUNG QUANTEN- GRAVITATION K 1 sec K 10 sec Teilchen, Thesen, Temperamente S. Bethke Max-Planck-Institut für Physik, 3. Juni 2014 Y?? p n Neutron? Neutrino Q Q Q? L Q?? materiedominierte Ära strahlungsdominierte Ära Urknall K K K Jahre K sec sec sec Teilchenbeschleuniger 7
8 Das Standardmodell der Teilchenphysik beschreibt erfolgreich und präzise alle bekannten Teilchen und Kräfte... kann jedoch nicht die ultimative Theorie sein! es lässt viele fundamentale Fragen offen: Erzeugung der Teilchenmassen (Higgs-Boson?) bisher noch keine Quantenfeldtheorie der Gravitation Vereinheitlichung aller Kräfte (GUT; TOE)? wo ist die Antimaterie geblieben? ( warum gibt es uns? ) was sind die Dunkle Materie und Energie die 95% unseres Universums ausmachen? warum sind Neutrinos nicht masslos? Physik mit kosmischen und irdischen Beschleunigern SS14 V1: Einführung S.Bethke, MPP München 8
9 Teilchen, Thesen, Temperamente S. Bethke Max-Planck-Institut für Physik, 3. Juni if it s not dark it doesn t matter
10 Teilchen, Teilchenphysik Thesen, mit kosmischen Temperamente und mit erdgebundenen Beschleunigern S. Bethke TUM SS14 S.Bethke, F. Simon V08: Max-Planck-Institut Dunkle Materie für Physik, 3. Juni
11 Teilchen, Thesen, Temperamente S. Bethke Max-Planck-Institut für Physik, 3. Juni the most en vogue candidates to solve (some of) these problems: Supersymmetry (SUSY) + fully compatible with and supported by GUT s + offers excellent Dark Matter candidates + theory finite and computable up to Planck Mass + essential for realisation of string theory (including quantum gravity) - no SUSY signals seen yet (LEP, Tevatron) - (too) many free parameters, large parameter space Extra Space Dimensions + would solve hierarchy problem (M Planck > O(1 TeV)) + inspired by string theory: compactified extra dimensions +- exciting scenarios, but cannot solve many of above problems? - large model dependences
12 die coolsten Kandidaten zur Lösung dieser Fragen: Super-Symmetrie (SUSY) + voll kompatibel mit GUT (grosse Vereinheitlichung aller Kräfte) + bietet exzellente Kandidaten für Teilchen der Dunklen Materie + Theorie endlich und berechenbar bis zur Planck-Masse (10 19 GeV) + essentieller Bestandteil der String-Theorie - bisher keine SUSY Signale gesehen - (zu) viele Parameter; grosser Parameter Raum Zusätzliche Raumdimensionen + Lösung einiger Probleme des SM (Hierarchie-Problem) + inspiriert von String-Theorie; kompaktifizierte Extra-Dimensionen - grosse Modellabhängigkeiten Teilchen, Thesen, Temperamente S. Bethke Max-Planck-Institut für Physik, 3. Juni
13 Projekte Teilchen, Thesen, Temperamente S. Bethke Max-Planck-Institut für Physik, 3. Juni
14 Teilchen, Thesen, Temperamente S. Bethke Max-Planck-Institut für Physik, 3. Juni July 4, 2012: observation of a new boson
15 Der ATLAS Detektor am Large Hadron Collider Teilchen, Thesen, Temperamente S. Bethke Max-Planck-Institut für Physik, 3. Juni Länge: 44 m Höhe: 22 m Gewicht: 7000 t 3000 Physiker & Ingenieure 175 Institute 40 Nationen elektron. Auslese-Kanäle 40 MHz Kollisionsrate B/s Rohdatenfluss Beiträge des MPP: outer muon barrel chambers fwd Si tracker end cap hadron calorimeters Planung & Aufbau von 1990 bis 2008; Betrieb ab 2009, für ~ Jahre
16 Teilchen, Thesen, Temperamente S. Bethke Max-Planck-Institut für Physik, 3. Juni
17 Higgs Kandidat Teilchen, Thesen, Temperamente S. Bethke Max-Planck-Institut für Physik, 3. Juni
18 Teilchen, Thesen, Temperamente S. Bethke Max-Planck-Institut für Physik, 3. Juni Kosmische Strahlung Quelle hochenergetischer Teilchen MAGIC Teleskope
19 Teilchen, Thesen, Temperamente S. Bethke Max-Planck-Institut für Physik, 3. Juni Targets SNRs Binaries Cluster of Galaxy AGNs GRBs wissenschaftliche Ziele: Ursprung kosmischer Strahlung hoch energetische Objekte Raum & Zeit Kosmologie Dunkle Materie Zukunft: Cherenkov Telescope Array
20 High Energy Gamma Ray Astronomy! CTA will bring many new discoveries and findings. Strategy and Physics beyond CTA will be dependent on these new findings Teilchen, Thesen, Temperamente S. Bethke Max-Planck-Institut für Physik, 3. Juni
21 Teilchen, Thesen, Temperamente S. Bethke Max-Planck-Institut für Physik, 3. Juni
22 Teilchen, Thesen, Temperamente S. Bethke Max-Planck-Institut für Physik, 3. Juni Suche nach der Dunklen Materie direkt: Large Hadron Collider... (direkte Produktion und Vermessung der Eigenschaften) Suche nach WIMP* Stößen in Cryo-Detektoren indirekt: WIMP Paar-Vernichtung in Erde, Sonne, Galaxie- Zentrum (in 2 Photonen, oder Neutrino-Antineutrino; Neutrino-Teleskope wie ICECUBE, cosmic ray exps.) weiterhin auch noch: Suche nach nichtleuchtender, baryonischer Materie (MACHOS, massive compact halo objects) primordial black holes...? * WIMP: Weakly Interacting Massive Particle
23 Teilchen, Thesen, Temperamente S. Bethke Max-Planck-Institut für Physik, 3. Juni CRESST - Suche nach Dunkler Materie Gran Sasso: Abschirmung kosmischer Strahlung Kristalle im Kryostat bei µk Temperaturen.
24 Teilchen, Thesen, Temperamente S. Bethke Max-Planck-Institut für Physik, 3. Juni CRESST - kryogene Suche nach WIMPs WIMPs: Weakly Interacting Massive Particles; WIMP Thermometer
25 Teilchen, Thesen, Temperamente S. Bethke Max-Planck-Institut für Physik, 3. Juni Das GERDA Experiment Suche nach neutrinolosem Doppel-beta-Zerfall von 76 Ge
26 Belle II am Super KEKB (Japan) Präzisionsmessungen bei kleinen Kollisionsenergien zur Suche nach Physik jenseits des Standardmodells Si-Pixel vertex detector (Entwicklung am MPG-HLL) e + e - Beschleuniger am KEK, Japan. eine sogen. b-quark factory Betriebsbeginn: Ende x50 μm 2 8 MPixels, 50 khz Teilchen, Thesen, Temperamente S. Bethke Max-Planck-Institut für Physik, 3. Juni
27 Teilchen, Thesen, Temperamente S. Bethke Max-Planck-Institut für Physik, 3. Juni
28 Teilchen, Thesen, Temperamente S. Bethke Max-Planck-Institut für Physik, 3. Juni Plasma Wake Field Acceleration Entwicklung eines neuartigen Beschleunigungsprinzips
29 Teilchen, Thesen, Temperamente S. Bethke Max-Planck-Institut für Physik, 3. Juni
30 Teilchen, Thesen, Temperamente S. Bethke Max-Planck-Institut für Physik, 3. Juni Zukunft Gegenwärtiger Zeitplan für globale Grossprojekte der Hochenergie-Teilchenphysik R&D construction running LHC hl-lhc ILC skekb CLIC, FCC;
31 International Linear e + e Collider (ILC) Teilchen, Thesen, Temperamente S. Bethke Max-Planck-Institut für Physik, 3. Juni
32 Linear Collider Detektorentwicklung Teilchen, Thesen, Temperamente S. Bethke Max-Planck-Institut für Physik, 3. Juni
33 MPP Zukunftsthemen und Strukturen Theorie Technologie Entwicklung Experiment neue fundamentale Formen von Materie & Kräften höchste Energien (Beschleuniger) hl-lhc, ILC, FCC; Awake particle phenomenology, fundamental theory höchste Präzision (niedrige Energien) Belle-II, GERDA-II! particle phenomenology fundamental theory kosmische Quellen CTA direct DM searches particle cosmology, astro-particle phenom.
34 Teilchen, Thesen, Temperamente S. Bethke Max-Planck-Institut für Physik, 3. Juni
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