Hauptseminar Astroteilchenphysik
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1 Hauptseminar Astroteilchenphysik Neutrinos und Dunkle Materie Wintersemester G. Drexlin, B./L. Bornschein, K. Eitel, S. Fischer, S. Groh, S. Scorza, T. Thümmler, K. Valerius Guido Drexlin, Institut für Experimentelle Kernphysik 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 c 0 Astrophysik Kosmologie Teilchenphysik Astroteilchenphysik G. Drexlin HS Einführung
3 Astroteilchenphysik - Definition Astroteilchenphysik = Verbindung zwischen Mikro- und Makrokosmos von den Quarks zum Kosmos 3 Quarks in einem Proton Galaxien im Kosmos G. Drexlin HS Einführung
4 Astroteilchenphysik - Definition Astroteilchenphysik = Verbindung zwischen Mikro- und Makrokosmos von Neutralinos zur Dunklen Materie Supersymmetr. Neutralino Dunkle Materie im Kosmos G. Drexlin HS Einführung
5 Astroteilchenphysik - Definition Astroteilchenphysik = Verbindung zwischen Mikro- und Makrokosmos von der Neutrino-Masse zu SNIIae Neutrino-Eigenschaften Supernova-Explosionen G. Drexlin HS Einführung
6 Astroteilchenphysik - Definition Supernovae CMBR Dunkle Materie c 0 c 0 Neutrinomasse, CP G. Drexlin HS Einführung
7 Astroteilchenphysik unsere Experimente PAO KASCADE Grande Edelweiss AMS-02 CMS KATRIN G. Drexlin HS Einführung
8 and the winner is: neutrino oscillations!! Nobelpreis für Physik 2015 Takaaki Kajita Art McDonald G. Drexlin HS Einführung
9 Was kann ich bei ATP im Master lernen? 10. Juli 2014 Takaaki Kajita Art McDonald G. Drexlin HS Einführung
10 G. Drexlin absolute n mass
11
12 wer sind wir? ihre Betreuer: - besprechen mit ihnen Struktur und Inhalt des Vortrags - beantworten fachliche & inhaltliche Fragen zum Vortrag - geben ihnen Literatur(tipps) - betreuen den Probevortrag vor dem Blockseminar - geben ihnen technische Unterstützung, falls erforderlich Beate Bornschein Klaus Eitel Sebastian Fischer Stefan Groh Silvia Scorza Kathrin Valerius G. Drexlin HS Einführung
13 wer sind wir? G. Drexlin HS Einführung
14 wer sind wir? G. Drexlin HS Einführung
15 Ziele des Hauptseminars?! Einblick in Forschungsgebiet & Fähigkeit ein Thema daraus darzustellen: was ist wichtig daran? welche exp. Methoden gibt es? welche theoret. Grundlagen? wie ist die aktuelle Stand? wie geht es weiter? was ist die Hauptmessage? warum gerade so? was wird benötigt? wie bekomme ich Infos dazu? weshalb ist nicht alles geklärt? Wissenschaftliche Themen verständlich präsentieren! G. Drexlin HS Einführung
16 Vorträge im akademischen Leben sind essentiell G. Drexlin VL04
17 Hauptseminar wie es nicht sein sollte G. Drexlin HS Einführung
18 Hauptseminar wie es sein sollte - lebendige Diskussionen um aktuelle Vortragsthemen - spannende Vorträge - Atmosphäre einer internat. wissenschaftlichen Konferenz G. Drexlin HS Einführung
19 Hauptseminar wie es sein sollte - lebendige Diskussionen um aktuelle Vortragsthemen - spannende Vorträge - Atmosphäre einer internat. wissenschaftlichen Konferenz G. Drexlin HS Einführung
20 Hauptseminar als Blockseminar wann: Februar :00 16:30 (erste Woche in vorlesungsfreier Zeit) wo: wie: Campus Nord, IKP/EKP Bau 401 Seminarraum 410 KIT Shuttle ab Campus Süd: 08:30 / 08:32 zurück ab Campus Nord: 16: G. Drexlin HS Einführung
21 Hauptseminar als Blockseminar Zeit Mo Di Mi Do :00 09:50 Unser heutiges Universum Strukturbildung im Universum Gravitationswellen und ihr Nachweis Poster- Präsentation 1 10:05 10:55 Big Bang & kosm. Modelle Neutrinomasse Astrophysikalische Evidenzen DM Poster- Präsentation 2 11:10 12:00 Entstehung der leichten Elemente Neutrino- Oszillationen Direkte Suche nach CDM Poster- Präsentation 3 12:00 13:30 13:30 14:20 Die kosmische Hintergrundstrhlg. Supernova- Explosionen Indirekte Suche nach CDM 14:30 15:00 Diskussion Diskussion Diskussion 15:00 16:30 Poster- Gruppenarbeit Poster- Gruppenarbeit Poster- Gruppenarbeit G. Drexlin HS Einführung
22 Hauptseminar als Blockseminar jede der 3 Gruppen erstellt ein wissenschaftliches Poster über eine bachelor- Arbeit aus einem KIT-Experiment zu Neutrinos und DM & stellt dieses vor AMS-02 KATRIN EDELWEISS Betreuer: Iris Gebauer Betreuer: Lutz Bornschein Betreuer: Geertje Heuermann Gruppe: - Joachim Rupp - Simon Jörger - Nico Henkenhaf - NN Gruppe: - Bettina Schillinger - Johannes Meyer - Daniel Hauck - Michael Schiffner Gruppe: - Sarah Beraus - Martin Lang - Philippe Bruder - Jan-Ole Gosewisch G. Drexlin HS Einführung
23 Hauptseminar: Struktur Themengruppe 1: frühes und heutiges Universum (5 Vorträge) Ziel: Verständnis der Prozesse beim Big Bang, in den ersten 3 Minuten, in den ersten Jahren, sowie Strukturen im heutigen Universum Datum Thema Betreuer Unser heutiges Universum Stefan Groh Big Bang und kosmologische Modelle Thomas Thümmler Die Entstehung der leichten Elemente Klaus Eitel Die kosmische Hintergrundstrahlung Guido Drexlin Strukturbildung im Universum Stefan Groh Fragen: - was explodiert eigentlich im Big Bang? - weshalb sind die ersten 3 Minuten so wichtig? - was lernen wir aus der Hintergrundstrahlung - wie sind Galaxien und Galaxiencluster entstanden? G. Drexlin HS Einführung
24 HS Astroteilchenphysik - Themen Themengruppe 1: frühes & heutiges Universum (1/5) Unser heutiges Universum vom solaren Planetensystem zu Galaxien-Clustern Stichpunkte: Entfernungsbestimmungen, experimentelle Methoden, Strukturen im Kosmos, theoretische Grundbegriffe G. Drexlin HS Einführung
25 HS Astroteilchenphysik - Themen Themengruppe 1: frühes & heutiges Universum (2/5) Big Bang & kosmologische Modelle Stichpunkte: heißer Big Bang, Hubble Expansion Friedmann-Lemaitre Gleichungen, 3 kosmologische Zeitalter, Geometrie & Topologie des Universums, kosmologisches Prinzip H a ( t) 8 kc ( t) G ( t) 2 a( t) 3 a ( t) G. Drexlin HS Einführung
26 HS Astroteilchenphysik - Themen Themengruppe 1: frühes & heutiges Universum (3/5) Die Entstehung der leichten Elemente Stichpunkte: BBN, Messmethoden, Baryonenzahl im Universum, Zahl der Neutrino-Generationen, systematische Effekte G. Drexlin HS Einführung
27 HS Astroteilchenphysik - Themen Themengruppe 1: frühes & heutiges Universum (4/5) Die Kosmische Hintergrundstrahlung Stichpunkte: Schwarzkörperstrahlung, Entkopplung der Strahlung, akust. Oszill. Experimente: COBE, WMAP & Planck, kosmologische Parameter, Evidenz für Inflation aus Polarisation? G. Drexlin HS Einführung
28 HS Astroteilchenphysik - Themen Themengruppe 1: frühes & heutiges Universum (5/5) Strukturbildung im Universum Stichpunkte: Entwicklung großräumiger Strukturen, Galaxien-Surveys & Korrelationsanalysen, Materie-Power-Spektrum, BAO G. Drexlin HS Einführung
29 Hauptseminar: Themengruppen Themengruppe 2: Neutrinos (3 Vorträge) Ziel: Verständnis der Eigenschaften von Neutrinos: Neutrinomasse, Teilchen-Antiteilchen-Eigenschaften, Neutrino-Mischung, experimentelle Methoden & Untergrundreduktion Datum Thema Betreuer Die Bestimmung der n-masse: ß-Zerfall & KATRIN B. Bornschein Die Bestimmung der n-masse: 0nßß-Zerfall (G. Drexlin) n-oszillationen: das Verschwinden solarer Neutrinos S. Mertens Fragen: - Weshalb ist die Neutrinomasse so wichtig? Wie kann ich sie messen? - Was heißt neutrinoloser ßß-Zerfall, wenn es doch um Neutrinos geht? - Warum wissen wir immer noch nicht wie groß die Neutrinomasse ist? - Weshalb sind die Mischungen bei Neutrinos so anders? - Was oszilliert eigentlich bei den Neutrinos? - Was ist fundamentaler: ein Massen- oder Flavour-Eigenzustand? G. Drexlin HS Einführung
30 HS Astroteilchenphysik - Themen Themengruppe 2: Neutrinos (3 Vorträge) 1/3 Die Bestimmung der Neutrinomasse-I: Kinematik ß-Zerfall & KATRIN Stichpunkte: ß-Spektroskopie am kinematischen Endpunkt KATRIN: Funktionsweise von Tritiumquelle und Spektrometer, Experimentelle Methoden G. Drexlin HS Einführung
31 HS Astroteilchenphysik - Themen Themengruppe 2: Neutrinos (3 Vorträge) 2/3 Die Bestimmung der Neutrinomasse-II: Suche nach 0vßß Stichpunkte: doppelter ß-Zerfall, Majorana- und Dirac Teilchen, Experimente: GERDA, MAJORANA, EXO, Signal und Untergrund, Untergrundreduktion, blinde Analysen G. Drexlin HS Einführung
32 HS Astroteilchenphysik - Themen Themengruppe 2: Neutrinos (3 Vorträge) 3/3 Neutrino-Oszillationen: Das Verschwinden der Sonnen-Neutrinos Stichpunkte: Standard-Sonnenmodell, radiochemische & real-time Experimente, SNO & die Lösung des solaren Neutrino-Problems, n- Oszillationen im Vakuum & in Materie (MSW-Effekt) G. Drexlin HS Einführung
33 Hauptseminar: Themengruppen Themengruppe 3: Messenger-Teilchen/Wellen (2 Vorträge) Ziel: Verständnis der Eigenschaften von kompakten astrophysikalischen Objekten & des Prinzips von Messenger -Teilchen (Neutrinos) Wellen (GW) Datum Thema Betreuer Supernova-Explosionen B. Bornschein Gravitationswellen und ihr Nachweis G. Drexlin Fragen: - Was ist der Unterschied zwischen einer SNI und SNII? - Weshalb sind weiße Zwerge und Neutronensterne stabil? - Wie explodieren Sterne? - Was passiert beim Verschmelzen von 2 weißen Zwergen/Neutronensternen? - Wie messe ich Längenänderungen von 1 fm G. Drexlin HS Einführung
34 HS Astroteilchenphysik - Themen Themengruppe 3: Messenger-Teilchen/Wellen (2 Vorträge) 1/2 Supernova-Explosionen Stichpunkte: SN-Klassifikation, Weiße Zwerge und SNIa, Kernkollaps eines massiven Sterns, SNII-Explosionen, SN-Überreste, Neutrinos aus SNae G. Drexlin HS Einführung
35 HS Astroteilchenphysik - Themen Themengruppe 3: Messenger-Teilchen/Wellen (2 Vorträge) 2/2 Gravitationswellen und ihr Nachweis Stichpunkte: Eigenschaften von Gravitationswellen, Astrophysikalische Objekte die GW emittieren, Laserinterferometer & Resonanzmethoden, Aktuelle GW-Experimente am Boden (GEO600, LIGO, ) und im All (LISA) G. Drexlin HS Einführung
36 Hauptseminar: Themengruppen Themengruppe 4: Dunkle Materie (3 Vorträge) Ziel: Verständnis der Prozesse beim direkten und indirekten Nachweis von Dunkler Materie, WIMP-Kandidaten, gravitative Wechselwirkung der DM Datum Thema Betreuer Kandidaten für Dunkle Materie K. Eitel Direkte Suche nach kalter Dunkler Materie S. Scorza Indirekte Suche nach kalter Dunkler Materie K. Valerius Fragen: - Wie wechselwirken WIMPs? Welche Eigenschaften hat ein WIMP? - Wie funktionieren ein Bolometer und ein 2-Phasen-Edelgasdetektor? - Wie verteilt sich die dunkle Materie im Universum? - Was passiert wenn sich WIMPs gegenseitig annihilieren? - Welches ist die ideale Nachweismethode für die Dunkle Materie? - Wieso geht man in ein Untergrund-Labor? G. Drexlin HS Einführung
37 HS Astroteilchenphysik - Themen Themengruppe 4: Dunkle Materie (3 Vorträge) 1/3 Astrophysikalische Evidenzen und Kandidaten für Dunkle Materie Stichpunkte: Galaxien-Rotationskurven, Clustergas, Gravitationslinsen, WIMPs: Eigenschaften und Wechselwirkung, Supersymmetrie & Neutralinos G. Drexlin HS Einführung
38 HS Astroteilchenphysik - Themen Themengruppe 4: Dunkle Materie (3 Vorträge) 2/3 Direkte Suche nach Dunkler Materie Stichpunkte: WIMP Streuprozesse und Kinematik, Nachweismethoden: Szintillation, Ionisation, Phononen, Experimente: Edelweiss, XENON, zukünftige DM-Projekte G. Drexlin HS Einführung
39 HS Astroteilchenphysik - Themen Themengruppe 4: Dunkle Materie (3 Vorträge) 3/3 Indirekte Suche nach Dunkler Materie Stichpunkte: WIMP Annihilation, Zerfallsprodukte, astrophysikalischer Untergrund, Experimente: AMS-02, Neutrino-Teleskope, Gammas: HESS, Fermi, Modellierung G. Drexlin HS Einführung
40 Astroteilchenphysik Literatur (D) H.V. Klapdor, K. Zuber C. Grupen P. Schneider A. Unsöld, B. Baschek Teilchenastrophysik Astroteilchenphysik Extragalaktische Astronomie Der neue Kosmos Teubner Verlag (1997) Springer Verlag (2000) und Kosmologie Springer Verlag (2007) Überblick über Status & Das Universum im Licht Springer Verlag (2007) 7. Auflage, Einführung in offene Probleme der der kosmischen Strahlung Galaxien, Galaxienhaufen, Astronomie & Astrophysik Teilchenastrophysik Beschleunigung, primäre Kosmologie, Universum bei klass. Astronomie, Sonne dt. Originalausgabe & sekund. kosm. Strahlung hoher Rotverschiebung & Sterne, Kosmologie G. Drexlin HS Einführung
41 Astroteilchenphysik Literatur (GB) D.H. Perkins L. Bergström, A. Goobar C. Grupen H.V. Klapdor, K. Zuber Particle Astrophysics Cosmology & Particle Astroparticle Physics particle astrophysics Oxford Univer. Press (2004) Astrophysics (2 nd Edition) Springer Verlag (2005) IoP Publishing (1997) Quarks & Leptons, expand. The Universe in the engl. Übersetzung der Universe, conservation rules advanced undergraduate light of cosmic rays dt. Originalausgabe dark matter, dark energy, level, technical appendices engl. Übersetzung der dt. Originalausgabe G. Drexlin HS Einführung
42 Astroteilchenphysik in Deutschland Astroteilchenphysik im Fokus 2. Auflage (2007) Jahrgang 39, 1/2007 Herausgeber: KIT-PKM sowie Webseiten der Experimente G. Drexlin HS Einführung
43 Astroteilchenphysik weltweit das arxiv Fachartikel in engl. Sprache zum kostenlosen download ATP-preprints in: astro-ph (Astrophysik) hep-ex, nucl-ex (Experiment) hep-ph (Phänomenologie) G. Drexlin HS Einführung
44 Generelles Vortrag: Folien: Vorbereitung: Sprache: 35 min min. Diskussion Zwischenfragen erwünscht! 5 min. um den Vortragsstil ggfs. offen zu diskutieren pdf, ppt oder (Laptop wird bei Vortrag ggfs. gestellt) kurze Stichworte, klare Aussagen, klare Diagramme Gliederung: Einleitung, Grundlagen, Hauptthema, Zusammenfassung Referenzen große Zeichen (20pt oder größer) bitte frühzeitig Betreuer kontaktieren Literatur studieren, ggfs. on-line Recherche (in 2015!!) keine älteren Vortrage kopieren Probevortrag spätestens in erster Februarwoche 2016 English presentations most welcome G. Drexlin HS Einführung
45 Bachelorarbeit Alle Themen wären (im Prinzip) nach Rücksprache als Bachelorarbeit geeignet HS-Thema Laborarbeit Analysearbeit Kombination G. Drexlin HS Einführung
46 Hauptseminar wie es nicht sein sollte Hauptseminar Astroteilchenphysik Neutrinos und Dunkle Materie
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