Physik jenseits des Standardmodells 1 Physik jenseits des

Physik jenseits des Standardmodells 1

Physik jenseits des Standardmodells 2

Inhalt n Wiederholung/Probleme Standardmodells n Grand Unified Theories n Supersymmetrie n Zusammenfassung des 3

Inhalt n Wiederholung/Probleme Standardmodells des Fermionen n Wechselwirkungen n Sonstige Probleme n n Grand Unified Theories n Supersymmetrie n Zusammenfassung 4

Probleme/Wiederholung des Standardmodells - Fermionen Wiederholung: Die Fermionen des Standardmodells Die Leptonen Quarks/Leptonen n Eine Spalte enthält eine „Generation“ n Eine Zeile enthält Teilchen mit ähnlichen Eigenschaften n e- m- t- ne nm nt Die Quarks uuu ccc ttt ddd sss bbb 5

Probleme/Wiederholung des Standardmodells - Fermionen Probleme: Die Fermionen des Standardmodells n Warum stimmt die Ladung des Protons mit der Ladung des Elektrons überein? (direkt nachgewiesen mit einer relativen Genauigkeit von 10 -20) n Warum gibt es 3 Generationen? 6

Probleme/Wiederholung des Standardmodells - Wechselwirkungen Wiederholung: Die WW im Standardmodell Allgemeine Relativitätstheorie Quantenchromodynamik Elektroschwache Theorie 7

Probleme/Wiederholung des Standardmodells - Wechselwirkungen Probleme: Die WW im Standardmodell n Der Gültigkeitsbereich der Theorien ist beschränkt (Planck-Ära) n Warum gibt es 4 Kräfte? 8

Probleme/Wiederholung des Standardmodells – Sonstige Probleme / Ungelöste Fragen des SM n Mindestens 18 Parameter im Standardmodell sind experimentell zu bestimmen (z. B. die Massen der Fermionen und der Bosonen, die Kopplungskonstanten der Wechselwirkungen, die CKM-Matrix, die leptonische Mischungsmatrix) n n Dunkle Materie!? Wo ist das Higgsboson? Materie und Antimaterie-Ungleichgewicht u. a. 9

Inhalt n Wiederholung/Probleme Standardmodells n Grand Unified Theories des Exkursion: Symmetriegruppen n Die SU(5) n Vereinheitlichung der Kopplungskonstanten n n Supersymmetrie n Zusammenfassung 10

Grand Unified Theories – Exkursion: Symmetriegruppen des Standardmodells 11

Grand Unified Theories – Exkursion: Symmetriegruppen Definition: Grand Unified Theories n Die GUTs versuchen die starke, die schwache und die elektromagnetische Kraft zu vereinen n Die Symmetriegruppe des Standardmodells: n Idee: Diese Symmetriegruppe ist teil einer größeren Symmetriegruppe G 12

Grand Unified Theories – Die SU(5) n Die SU(5) ist die kleinste einfache Symmetriegruppe, die das Standardmodell beherbergen kann: n Die neuen X- und Y-Bosonen können Quarks in Leptonen umwandeln und umgekehrt 13

Grand Unified Theories – Die SU(5) Phänomenologie der SU(5): Der Protonenzerfall p -> e+ + p 0 Lebensdauer des Protons für diesen Zerfallsmodus: 14

Grand Unified Theories – Vereinheitlichung der Kopplungskonstanten Zur elektromagnetischen Kopplungskonstanten 15

Grand Unified Theories – Vereinheitlichung der Kopplungskonstanten Zur starken Kopplungskonstanten Hier sind zwei Effekte wichtig: n Eine Abschirmung der starken Ladung durch virtuelle Quark-Antiquark-Paare: n Eine Verstärkung der starken Ladung durch eine Gluonenwolke um die Quarks: 16

Grand Unified Theories – Vereinheitlichung der Kopplungskonstanten im SM => Protonenzerfall stimmt mit Theorie nicht überein 17

Inhalt n Wiederholung/Probleme Standardmodells n Grand Unified Theories n Supersymmetrie des Überblick n Konsequenzen n Experimentelle Überprüfung n n Zusammenfassung 18

Supersymmetrie - Überblick Supersymmetrie Die Supersymmetrie verknüpft Fermionen mit Bosonen n Sie sagt zu jedem Teilchen des Standardmodells mit Spin j ein weiteres Teilchen mit Spin j-1/2 voraus n 19

Supersymmetrie - Überblick Die Teilchen der SUSY Aber: Sie ist entweder gebrochen oder keine exakte Symmetrie der Natur n Masse der neuen Teilchen von der Größenordnung 1 Te. V 20 n

Supersymmetrie - Konsequenzen Die Kopplungskonstanten im MSSM => Protonenzerfall stimmt mit Theorie überein 21

Supersymmetrie – Experimentelle Überprüfung Masse der SUSYTeilchen: O(1 Te. V) n LEPII und Tevatron: O(100 Ge. V) n LHC: Schwerpunktsenergie von 14 Te. V n 22

Inhalt n Wiederholung/Probleme Standardmodells n Grand Unified Theories n Supersymmetrie n Zusammenfassung n des Lösung der Probleme des Standardmodells? 23

Zusammenfassung I Warum stimmt die Ladung des Protons mit der Ladung des Elektrons überein? Lsg. : Leptonen und Quarks befinden sich in einem Multiplett n Warum gibt es 3 Generationen? Lsg. : keine n Der Gültigkeitsbereich der Theorien ist beschränkt (Planck-Ära) Lsg. : Gültigkeitsbereich wird sich bei Bestätigung der GUT und SUSY vergrößern n 24

Zusammenfassung II Warum gibt es 4 Kräfte? Lsg. : Die GUTs vereinigen 3 Kräfte n Mindestens 18 Parameter im Standardmodell sind experimentell zu bestimmen Lsg. : keine, Anzahl erhöht sich zunächst n Materie und Antimaterie-Ungleichgewicht Lsg. : Baryonenzahl wird durch das X-Boson verletzt n Wo ist das Higgsboson? Lsg. : wird vermutlich am LHC nachgewiesen 25 n