Podcasts about fermionen

Zuerst reden Ruth und ich kurz über die Geschichte der Podcasts. Und danach ein wenig länger über politische Skandale und Korruption in der österreichischen Politik. Das ist zwar durchaus interessant, klingt aber als hätte es etwas mit Wissenschaft zu tun. Hat es aber! Ohne Probleme kommen wir vom Schwarzgeld zur Quantengravitation. Und auch danach geht es mit dunklen Machenschaften weiter: Ruth erzählt eine Geschichte die erklärt, wie Galaxien zu den gewaltigen schwarzen Löchern in ihren Zentren kommen: Vermutlich hat dunkle Materie etwas damit zu tun. Und Fragen beantworten wir auch: Über Sterne aus dunkler Materie, über die potenzielle Gewichtszunahme der Erde durch Meteoriten und jede Menge mehr. Hört es euch an!

In dieser Arbeit wird die Erzeugung und Untersuchung wechselwirkender Ytterbium-Quantengase mit zwei elektronischen Orbitalen in optischen Gittern präsentiert. Entartete Fermigase aus Ytterbium oder anderen erdalkaliähnlichen Elementen wurden in jüngster Zeit als Modellsysteme für orbitale Phänomene in der Festkörperphysik herangezogen, wie z.B. die Kondoabschirmung, schwere Fermionen und kolossalen magnetischen Widerstand. Für diese Gase wurde des Weiteren eine hohen SU(N) Symmetrie vorhergesagt, die aus der starken Entkopplung des Kernspins resultiert, und die Erzeugung neuer exotischer Aggregatzustände ermöglicht. Das SU(N) Hubbard-Modell mit zwei Orbitalen sowie interorbitaler Spinaustauschwechselwirkung lässt sich mit Hilfe der beiden niedrigsten (meta-)stabilen elektronischen Zustände realisieren, welche dabei die Rolle der Elektronen aus unterschiedlichen Orbitalen eines Festkörpers einnehmen. Die Wechselwirkungen in einer entarteten Mischung verschiedener Spinzustände von Yb-173 mit zwei Orbitalen werden durch die Anregung in den metastabilen Zustand in einem zustandsunabhängigen Gitter untersucht. Alle Streukanäle für die zwei Orbitale werden charakterisiert und die SU(N=6)-Symmetrie wird innerhalb der experimentellen Unsicherheiten nachgewiesen. Von herausragender Bedeutung ist der Nachweis einer sehr starken Spinaustauschwechselwirkung zwischen den zwei Orbitalen, wobei der dazugehörige Austauschprozess anhand dynamischen Ausgleichs der Spinpolarizierung zwischen verschiedenen Orbitalen beobachtet wird. Ermöglicht wird dies durch die Implementierung präzisionsspektroskopischer Verfahren sowie die vollständige, kohärente Kontrolle der Besetzung des metasabilen Zustandes. Die Verwirklichung eines SU(N)-symmetrischen Gases mit Spinaustauschwechselwirkung, des grundlegenden Bausteins für orbitalen Quantenmagnetismus, ist ein entscheidender Schritt in Richtung der Simulation von wichtigen Vielteilchenmodellen, wie dem Kondo- Gittermodell.

Diese Arbeit pr"asentiert zwei Analysen des Zerfallskanals hwwlnln mit den Daten des ATLAS experiments am LHC. Die analysierten Daten wurden im Jahr 2011 bzw. 2012 bei einer Schwerpunktsenergie von $sqrt{s} = 7 TeV$ bzw. $8 TeV$ aufgezeichnet und es wurde eine integrierte Luminosit"at von $25,textrm{fb}^{-1}$ erreicht. Die beiden Analysen unterscheiden sich im analysierten Phasenraum, der von der Massen $m_{rm H}$ des Higgs boson Signals abh"angt. Die Analyse f"ur Massen $m_{rm H} < 200 GeV$ wurde "uber die letzten Jahre optimiert, um in der Lage zu sein, eine Pr"azisions Messung der Kopplungen einer Resonanz bei $m_{rm H} approx 125 GeV$ durchzuf"uhren. Dabei wird ein Likelihood Fit der transversalen Masse $mT = sqrt{ (E_{T}^{ell ell} + P_{T}^{nu nu})^2 - | vec{P_{T}^{ell ell}} + vec{P_{T}^{nu nu}|^2} }$ angewendet. Mit einer statistischen Signifikanz von $6.1 sigma$ konnte ein hwwlnln Signal bei einer Masse $m_{rm H} = 125.36 pm 0.41 GeV$ beobachtet werden. Die Messung der Signalst"arke, dem Verh"altniss von experimentell bestimmtem Produktionswirkungsquerschnitt mal Verzweigungsverh"altnis zur theoretischen Prognose, ergab folgenden Wert: begin{align*} mu &= 1.08,^{+0.16}_{+0.15} textrm{(stat.)} ,^{+0.16}_{-0.14} textrm{(syst.)}, end{align*} was im Einklang mit der Standard-Modell-Vorhersage steht. Die Skalierung der Kopplungen des Higgs bosons an Fermionen und Bosonen wurden bestimmt zu: begin{align*} kappa_{F} &= 0.92,^{+0.30}_{-0.23} kappa_{V} &= 1.04,^{+0.10}_{-0.11}. end{align*} Zur Suche nach schweren, Higgs boson artigen Teilchen wurde die Analyse des hwwlnln Zerfallskanals f"ur Massen $m_{rm H} > 200 GeV$ optimiert. Auch im hohen Massenbereich wird ein Likelihood Fit an der Verteilung der transversalen Masse mT durchgef"uhrt. Es wurden obere Grenzen auf Produktionswirkungsquerschnitt mal Verzweigungsverh"altnis f"ur drei Szenarien bestimmt: Standard-Model-Higgs-Boson im Massenbereich $200 leq m_{rm H} leq 1 TeV$, Higgs boson artige Resonanz mit einer Zerfallsbreite von $1 GeV$ im Massenbereich $200 leq m_{rm H} leq 2 TeV$ und das elektroschwache Singlet Szenario im Massenbereich $200 leq m_{rm H} leq 1 TeV$, bei dem die Zerfallsbreite zus"atzlich zur Masse variiert wird. Es konnte in keinem getesteten Szenario ein statistisch signifikanter Daten"uberschuss beobachtet werden und dar"uberhinaus konnte ein Standard Modell artiges Higgs Boson bis zu einer Masse von $m_{rm H} = 661 GeV$ ausgeschlossen werden.

Dr. Stanley Lai aus der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Markus Schumacher am Physikalischen Institut der Universität Freiburg erklärt und wie das Higgs-Boson am ATLAS-Detektor gemessen wird, warum dies der Suche nach einer Nadel im Heuhaufen gleicht . Er beschreibt, wie das Higgs-Feld den anderen Teilchen ihre Masse gibt: Ein Forschungsergebnis seiner Gruppe weist darauf hin, dass das Higgs-Boson auch mit so genannten Fermionen wechselwirkt und daher auch mit den Bausteinen der Materie.

Dr. Stanley Lai aus der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Markus Schumacher am Physikalischen Institut der Universität Freiburg erklärt und wie das Higgs-Boson am ATLAS-Detektor gemessen wird, warum dies der Suche nach einer Nadel im Heuhaufen gleicht . Er beschreibt, wie das Higgs-Feld den anderen Teilchen ihre Masse gibt: Ein Forschungsergebnis seiner Gruppe weist darauf hin, dass das Higgs-Boson auch mit so genannten Fermionen wechselwirkt und daher auch mit den Bausteinen der Materie.

Schwerpunkt: Werner Heil von der Universität Mainz über Messungen der Neutronenlebensdauer, die sich bisher nicht in Einklang bringen lassen || Nachrichten: Astronomen entdecken enges Trio aus Schwarzen Löchern | Zerfall des Higgs in Fermionen gemessen | Neuartiger Leiter für Magnetfelder || Veranstaltungen: Kiel | Würzburg | München

Nochmal ein wenig CERN. Ich habe mit Julian Glatzer geredet. Der ist Mitglied der ATLAS-Kollaboration am CERN, was die Menschen sind, die nach dem Higgs-Boson suchen. Für Fachleute sind bestimmt einige Redundanzen dabei, denn wir sprachen unter anderem über das Standardmodell, Antimaterie, Illuminati, Supraleitung, Strom (haha), Strangelets, Aggregatzustände, Kalorimeter, Supersymmetrie, Tau, Fermionen, Z-Bosonen, Synchrotronstrahlung, Sachen, die […]

Nochmal ein wenig CERN. Ich habe mit Julian Glatzer geredet. Der ist Mitglied der ATLAS-Kollaboration am CERN, was die Menschen sind, die nach dem Higgs-Boson suchen. Für Fachleute sind bestimmt einige Redundanzen dabei, denn wir sprachen unter anderem über das Standardmodell, Antimaterie, Illuminati, Supraleitung, Strom (haha), Strangelets, Aggregatzustände, Kalorimeter, Supersymmetrie, Tau, Fermionen, Z-Bosonen, Synchrotronstrahlung, Sachen, die […]

In den letzten Jahren haben sich atomare Quantengase in optischen Gittern zu einem faszinierenden und interdisziplinär bedeutsamen Forschungsfeld entwickelt. Die in den periodischen Potentialen gefangenen ultrakalten Atome stellen ein ideales Modellsystem dar, anhand dessen sich grundlegende Fragestellungen der modernen Festkörper- und Vielteilchenphysik untersuchen lassen. In der vorliegenden Arbeit werden neue Methoden zur Manipulation und Analyse von Quantenzuständen in optischen Gittern demonstriert. Insbesondere wird mittels der sogenannten Rauschkorrelationsanalyse die Ordnung der Atome im Gitter bestimmt und erstmals fermionisches Antibunching an freien neutralen Atomen nachgewiesen. Grundlage für die vorgestellten Experimente ist eine im Rahmen dieser Arbeit neu entwickelte Apparatur, mit der sich simultan entartete bosonische und fermionische Quantengase aus 87-Rubidium und 40-Kalium präparieren und in einem dreidimensionalen optischen Gitter untersuchen lassen. Die Apparatur zeichnet sich durch eine Serie technischer Innovationen aus: Eine neuartige Spulen- und Fallenkonfiguration eröffnet einen hervorragenden optischen Zugang zu den präparierten Ensemblen und ermöglicht es, starke homogene Magnetfelder bei einer geringen dissipierten Leistung zu erzeugen. Dies sind wichtige Voraussetzungen, um definierte Gitterpotentiale verwirklichen und die interatomaren Wechselwirkungen mittels Feshbach-Resonanzen beeinflussen zu können. Das optische Potential geht aus der Überlagerung einer gekreuzten Dipolfalle und eines blauverstimmten dreidimensionalen Gitters hervor. Eine solche Kombination erlaubt es, sehr tiefe und relativ homogene Gitterpotentiale zu erzeugen sowie den externen Einschluss unabhängig von der Gittertiefe zu variieren. Des Weiteren lassen sich über eine frei einstellbare Wellenlänge speziesabhängige Gitter realisieren. Die Vereinigung der hier aufgeführten Technologien liefert uns eine außergewöhnlich flexible Plattform für das Studium maßgeschneiderter Quantenzustände in periodischen Potentialen. Durch den unabhängigen externen Einschluss kann erstmals ein Fermigas allein über dessen Kompression zwischen einem metallischen und einem isolierenden Zustand hin- und hergeschaltet und – in ersten Ansätzen – die entsprechende Dynamik beobachtet werden. Die Ergebnisse werden mit numerischen Simulationen verglichen. Neben der Durchführung von Transportmessungen lässt sich hieraus ein neues Diagnoseverfahren ableiten, das es ermöglicht, Quantenphasen, wie den bosonischen oder fermionischen Mott-Isolator, anhand der charakteristischen Kompressibilität zu identifizieren. Als weiteres Diagnoseverfahren wird die Korrelationsanalyse von Flugzeitaufnahmen vorgestellt. Durch die Auswertung von Hanbury Brown und Twiss (HBT)-Korrelationen im Quantenrauschen der expandierenden Atomwolken lässt sich die mikroskopische Ordnung der Atome im Gitter nachweisen. Ausgangspunkt für die Messungen sind jeweils vollständig spinpolarisierte bosonische Mott-Isolatoren und fermionische Bandisolatoren. Trotz identischer Dichteverteilungen innerhalb des Gitters, weisen die Korrelationen von Bosonen und Fermionen entgegengesetzte Vorzeichen auf. Mit diesen Messungen gelingt es erstmals, fermionisches Antibunching an freien neutralen Atomen zu beobachten und innerhalb einer selben Apparatur mit dem bosonischen Bunching zu vergleichen. Neben dem Nachweis dieses fundamentalen Quanteneffektes lässt sich die Ordnung und die Temperatur der Fermionen im Gitter bis hinauf zur Fermi-Temperatur bestimmen. Damit erweist sich die Korrelationsanalyse als ein robustes Verfahren, mit dem sich in Zukunft noch weitaus komplexere Quantenphasen in optischen Gittern untersuchen lassen.

In dieser Arbeit werden Präzisionsrechnungen für die Prozesse gamma gamma -> 4 Fermionen und H -> WW/ZZ -> 4 Fermionen vorgestellt. An einem gamma-gamma-Collider werden wegen des großen Wirkungsquerschnitts genaue theoretische Vorhersagen für die Prozesse gamma gamma -> WW -> 4f benötigt. Mittels dieser Prozesse lassen sich unter anderem die Eichboson-Kopplungen gamma-W-W und gamma-gamma-W-W messen. Außerdem wird über virtuelle geladene, massive Teilchen die Reaktion gamma gamma -> H -> WW/ZZ -> 4f ermöglicht. Auf diese Weise läßt sich die Kopplung gamma-gamma-H messen, und relativ schwere Higgs-Bosonen könnten erzeugt werden. Für Massen MH > 135 GeV zerfällt das Higgs-Boson hauptsächlich über W- und Z-Bosonen in vier Fermionen. Bei der kinematischen Rekonstruktion dieser Zerfälle spielen Quanten-Korrekturen, insbesondere Photon-Bremsstrahlung, eine wichtige Rolle. Die Einbeziehung der Zerfälle der Eichbosonen in Fermionen ist zum einen wichtig, weil unterhalb von MH ≈ 2MW/MZ „off-shell“-Effekte der Eichbosonen berücksichtigt werden müssen. Zum anderen lassen sich mit Hilfe von Winkel- und Energie-Verteilungen der Fermionen der Spin und die CP-Eigenschaften des Higgs-Bosons bestimmen. Besonders geeignet für den Vergleich theoretischer Vorhersagen mit experimentellen Daten sind Monte-Carlo-Generatoren. Für die Prozesse gamma gamma -> 4f und H -> WW/ZZ -> 4f werden solche Programme konstruiert. Sie liefern zum einen die kompletten Vorhersagen in niedrigster Ordnung der Störungstheorie. Zum anderen enthalten sie Quanten-Korrekturen, die sich unterteilen lassen in reelle Korrekturen, welche durch Photon-Bremsstrahlung gegeben sind, und virtuelle Korrekturen. Während die virtuellen Quanten-Korrekturen zu gamma gamma -> WW -> 4f in der Doppel-Pol-Näherung berechnet werden, in der nur die doppelt resonanten Beiträge berücksichtigt werden, werden zu den Prozessen H -> WW/ZZ -> 4f die kompletten Quantenkorrekturen der Ordnung O(alpha) berechnet. Für die Behandlung der in den virtuellen und reellen Korrekturen auftretenden infraroten Divergenzen („soft“ und „collinear“) wird wahlweise die Dipol-Subtraktions-Methode oder die Phase-Space-Slicing-Methode verwendet. Nicht bei allen Observablen müssen sich die bei kollinearer Photon-Abstrahlung auftretenden Massen-Singularitäten gegenseitig aufheben. Um auch solche nicht-kollinear-sichere Observablen untersuchen zu können, wird die Dipol-Subtraktions-Methode diesbezüglich erweitert. Die Diskussion der numerischen Ergebnisse umfasst den Einfluss eines realistischen Photon-Spektrums auf die Wirkungsquerschnitte, das Potential eines gamma-gamma-Colliders, Grenzen an anomale Eichboson-Kopplungen zu setzen, sowie verschiedene Verteilungen in der Invarianten Masse, in der Energie und in Winkeln, die für eine Rekonstruktion der Eichbosonen und die Bestimmung der Eigenschaften des Higgs-Bosons genutzt werden können.

Der Higgsmechanismus erlaubt es, massive Fermionen in einer chiralen Eichtheorie, wie dem Standardmodell der Teilchenphysik, zu beschreiben. Allerdings bleiben dabei die Yukawa-Kopplungskonstanten und damit die Masseneigenwerte unbestimmt. Ein Ausgangspunkt für die Beschreibung des Massenspektrums und der Mischung der Quarks und Leptonen ist die demokratische Massenmatrix. Damit erscheint der Mechanismus der Mischung der Quark-Masseneigenzustände in enger Analogie zur Mischung im System der neutralen pseudoskalaren Mesonen. Dies wird als Hinweis auf eine Substruktur der Fermionen gedeutet. Die phänomenologischen Konsequenzen der Fermion-Massenerzeugung in Substrukturmodellen werden ausgehend von einem allgemeinen Ansatz für die zu erwartenden Formfaktoren der Leptonen und Quarks ausgewertet. Die Brechung bestimmter chiraler Symmetrien und die entsprechenden Störungen der demokratischen Massenmatrix sollte sich auch auf der Ebene der Formfaktoren widerspiegeln und könnte neue Effekte induzieren. Diskutiert werden der mögliche Zusammenhang zwischen einem zusätzlichen Beitrag zum anomalen magnetischen Moment des Myons und dem Auftreten des Zerfalls "Myon zerfällt in Elektron und Photon" sowie die Möglichkeit der Erzeugung einzelner "top"-Quarks in der Elektron-Positron-Vernichtung und in der Elektron-Proton-Streuung bei HERA.