Podcasts about hadronen

Was bislang über die fundamentalen Bausteine der Materie bekannt ist und welche neuen Entdeckungen kürzlich an Teilchenbeschleunigern gelangen, berichtet Stephan Paul von der Technischen Universität München in dieser Folge.

In diesem letzten Teil der Einführung in die Quantenmechanik wagen wir einen Ausblick und geben eine kleine Einführung in die Teilchenphysik. Es ist zur Veröffentlichung dieser Folge genau 5 Jahre her, dass ich meine Bachelorarbeit erfolgreich fertiggestellt habe. In dieser vertiefte ich mich auf dem Gebiet der Theoretischen Teilchenphysik. Daher erschien es mir als interessant in der heutigen Podcastfolge anhand meiner Bachelorarbeit eine solche Einführung zu geben. Wir beginnen mit der Vorstellung der Teilchen des Standardmodells. Wir beschreiben in welche Klassen die einzelnen Teilchen sich unterteilen lassen und an welchen Wechselwirkungen (elektromagnetische Kraft, ...) sie teilnehmen. Diese Kräfte werden dann auch genauer beschrieben. Insbesondere gehen wir auch auf die starke Kernkraft ein an der die Quarks aus denen Hadronen wie z.B. das Proton bestehen. Dabei ist vor allem der Effekt des Quark Confinement und der asymptotischen Freiheit interessant und lässt sich wunderbar auf den Glauben hin deuten. Wir lernen auch warum es ein Teilchen wie das Higgs Boson gibt und schauen uns dann die Top Quarks genauer an, welche Thema der Bachelorarbeit waren. Wie werden diese Teilchen an den Detektoren in Teilchenbeschleunigern nachgewiesen? Und welche Methoden kann man benutzen um diese Analysen zu verbessern? Auf diese und weitere Fragen bin ich in meiner Bachelorarbeit ausführlich eingegangen und in dieser Podcastfolge gebe ich einen kleinen Einblick in die dabei gewonnenen Erkenntnisse. Anmerkung: In der Folge definiere ich Hadronen als Zustände aus drei Quarks. Das ist so nicht richtig. Die korrekte Bezeichnung hierfür sind Baryonen. Hadronen sind der Überbegriff für sämtliche Zustände aus Quarks, Baryonen (3 Quarks), Mesonen (2 Quarks) und auch Tera- und Pentaquarks (4 bzw. 5 Quarks). Literatur: Josua Göcking, Bachelorarbeit: Alternative substructure reconstruction for the HEPTopTagger, 26.10.2015, https://www.thphys.uni-heidelberg.de/~plehn/includes/theses/goecking_b.pdf

Diese Arbeit beschreibt die erste direkte Messung des CKM-Matrixelements |V_ts|. Sie basiert auf Daten, die im Jahr 2012 mit dem ATLAS Detektor bei √s = 8 TeV pp-Kollisionen und einer integrierten Luminosität von 20.3 fb⁻¹ aufgezeichnet wurden. Insgesamt sind 112171 mögliche tt̅-Ereignisse im Lepton+Jets-Kanal mit einer Reinheit von 90.0 % rekonstruierbar, die für die Hauptanalyse zur Verfügung stehen. Laut Vorhersage zerfallen hiervon 183 Ereignisse über tt̅→WWbs̅ (inkl. Ladungskonjugation) und können für die Bestimmung des Betragsquadrats |V_ts|² verwendet werden. Für eine Identifikation dieser seltenen Zerfälle werden verschiedenste Observablen untersucht, wie z.B. die Eigenschaften von Jets und Tracks sowie von b-Quark Identifikationsmethoden. Darüber hinaus werden Hadronen von s-Quarks betrachtet, die K0s Teilchen, die über einen kinematischen Fit rekonstruiert werden. Die Observablen mit den besten Eigenschaften werden anschließend in einer multivariaten Analyse ("Boosted decision trees") zu einer einzigen zusammengefasst. Die dazugehörigen Monte-Carlo-Simulationen werden dann als Template für eine Beschreibung der Daten verwendet, was als Ergebnis zu einem Signifikanz-Wert von 0.7σ für t→s+W Zerfälle führt. Insgesamt ergibt sich ein oberes Limit von |V_ts|² < 1.74 %. Dieses wurde bezüglich eines Vertrauensbereiches von 95 % bestimmt, unter Berücksichtigung sämtlicher systematischen und statischen Unsicherheiten. Diese Arbeit, basierend auf einer direkten Messung des CKM-Matrixelements |V_ts|², führt somit zum bisher besten direkten Limit für |V_ts|².

Schwerpunkt: Alfons Khoukaz von der Universität Münster über die Entdeckung von Teilchen, die sich anders als bekannte Materie aus mehr als drei Quarks zusammensetzen || Nachrichten: Heiße Jupiter besitzen wasserarme Atmosphären | Wann ein Tropfen spritzt | Fledermäuse nutzen polarisiertes Licht zur Orientierung || Veranstaltungen: MS Wissenschaft

Der Compact Linear Collider (CLIC) ist ein Konzept eines 48.3km langen e+ e- Beschleunigers mit einer Schwerpunktsenergie von 3TeV. Sein Ziel ist sowohl die Präzisionsvermessung bereits bekannter, als auch die Entdeckung bislang unbekannter Teilchen. Der International Large Detector (ILD) ist eines der Detektorkonzepte, die speziell für die Anwendung des Particle Flow Algorithmus entworfen wurde. Der Inhalt dieser Arbeit gliedert sich in zwei Teilbereiche, die beide im Kontext von CLIC stehen. Im ersten Teil dieser Arbeit wird die Messung der Zeitstruktur hadronischer Schauer in Kalorimetern mit Wolframabsorber, wie es auch im ILD Konzept für CLIC benutzt wird, präsentiert. Das beinhaltet die Entwicklung und Konstruktion eines kleinen Testbeam-Experimentes namens Tungsten Timing Testbeam (T3B), welches aus lediglich 15 Szintillator Kacheln der Dimension 30mm x 30mm x 5mm besteht. Diese werden mit Silicon Photomultipliern ausgelesen, welche wiederum mit USB Oszilloskopen verbunden sind. T3B wurde während der Testreihen am CERN in den Jahren 2010 und 2011 hinter dem Prototypen des analogen hadronischen Kalorimeters (W-AHCal) der CALICE Kollaboration platziert. Die gewonnenen Daten wurden mit Simulationsergebnissen verglichen, die mit den drei verschiedenen Modellen hadronischer Schauer der Geant4 Simulation gewonnen wurden: QGSP_BERT, QGSP_BERT_HP und QBBC. Die Ergebnisse der 60GeV Datennahme sind zumeist mit QBBC und QGSP_BERT_HP konsistent. Hingegen überschätzt QGSP_BERT wegen der fehlenden Präzisionsverfolgung von Neutronen die Häufigkeit später Energiedepositionen. Im zweiten Teil wird einer der sechs Benchmark-Prozesse gezeigt, die im Rahmen des CLIC Conceptual Design Report die Detektor Leistungsfähigkeit am CLIC Beschleuniger gezeigt haben. Der vorgestellte Benchmark Prozess behandelt die Messung der Masse und des Wirkungsquerschnitts der Paarerzeugung von supersymmetrischen rechtshändigen skalaren Quarks (squarks). Im zugrundeliegenden SUSY Modell zerfallen diese fast ausschließlich in das leichteste Neutralino (fehlende Energie) und das zugehörige Standardmodell Quark (Jet). In der Analyse wird der Beam-generierte pile-up Untergrund von gamma gamma -> Hadronen durch die Anwendung der Hadronen Variante des kt-Algorithmus der FastJet-Bibliothek unterdrückt. Standardmodell Prozesse, die der Ereignisstopologie entsprechen, werden durch die Anwendung von Boosted Decision Trees, implementiert im Toolkit for Multivariate Analysis (TMVA), zurückgewiesen. Die Squark-Masse wird durch die Konstruktion der MC-Verteilung und dem folgenden Fit an die mit verschiedenen Squark-Massen generierten Templates extrahiert. Die Ergebnisse sind konsistent mit ihren Eingangswerten und zeigen, dass Massenmessungen von schweren, stark wechselwirkenden Teilchen bei CLIC mit Genauigkeiten von unter 1% möglich sind.

Diese Dissertation untersucht den Urspung der kosmischen Strahlung mit Beobachtungen der MAGIC Teleskope im Bereich der hoch energeticher Gammastrahlenastronomie. Gammastrahlung wird bei der Wechselwirkung relativistischer Teilchen erzeugt. Im Gegensatz zur geladenen kosmichen Strahlung, werden Gammastrahlen nicht von interstellaren Magnetfeldern beinflusst. Daher erlaubt die Ankunftsrichtung von Gammastrahlen die Bestimmung ihres Ursprungs. Ein Teil dieser Arbeit widmet sich der Verbesserung der Analyse von MAGIC-daten. Im besonderen wurde ein neuer Algorithmus zur Hintergrundbestimmung entwickelt, wodurch die systematischen Unsicherheiten deutlich verbessert werden konnten. Zudem wurde die Reflekivitaet und Fokusierung beider MAGIC Teleskope anhand des Vergleichs zwischen echten und simulierten Muonereignissen bestimmt. Die heutige Meinung ist, dass die Ueberreste von Supernovae, die expandierende Schockwellen der Sternimplosionen, der Ursprung der galaktischen kosmischen Strahlung sind. Obwohl hoch energetische Gammastrahlung von vielen dieser Objekte beobachtet wurde, erlaubt die schwierige Unterscheidung von leptonisch und hadronsich produzierter Gammastrahlung in den meisten Faellen keine klaren Schlussfolgerungen ueber die Anwesenheit relativistischer Hadronen und damit kosmischer Strahlung. Da Gammastrahlung aus hadronischen Wechselwirkungen, nahezu ausschliesslich in inelastischen Proton-Proton Kollisionen erzeugt wird, ist ihre Produktion umso effektiver, desto hoeher die Dichte des mediums ist. Die Region W51 beherbergt den 30000 Jahre alten Supernovaueberrest W51C, welcher teilweise mit der grossen Molekuelwolke W51B kollidiert. MAGIC hat ausgedehnte Gammastrahlung von dieser Region mit hoher statistischer Signifikanz (11 sigma) gemessen. Es konnte gezeigt werden, dass das Zentrum der Emission in dem Bereich hoher Dichte liegt, wo der Supernovaueberrest mit der Molekuelwolke kollidiert. Das Energiespektrum wurde im Bereich von 75 GeV bis 5.5 TeV gemessen und folgt einem Potenzgesetz. Die moegliche Kontamination dieser Emission durch einen nahegelegenen potentiellen Pulsarwindnebel zeigt keine Energieabhaengigkeit und wurde als ~20% der Gesamtemission bestimmt. Die Modellierung der nicht thermischen Mutliwellenlaengenemission deutet stark auf einen hadronischen Ursprung der Gammastrahlung hin. Diese Beschreibung impliziert, dass in etwa 16% der kinetsiche Energie der Schockwelle von W51C zur Produktion kosmischer Strahlung genutzt wurden. Damit is W51C eine der wenigen bekannten Supernovaueberreste wo eine Beschleunigung von Protonen der komsischer Strahlung, zumindestens bis 50 TeV, direkt beobachtet wird. HESS J1857+026 ist eine nicht identifizierte TeV-Quelle, die moeglicherweise den Pulsarwindnebel des, von der Gammastrahlung umschlossenen, hochenergetischen Pulsares PSR J1856+0245 darstellt. Eine augedehnte Emission wurde von MAGIC mit einer statistischen Signifikanz von mehr als 12 sigma gemessen. Das berechnete Spektrum verbindet die vorherigen Daten von Fermi/LAT und HESS, wobei es mit beiden Messungen ueberlappt. Anhand der MAGIC und Fermi/LAT Daten wurde ein Abweichung von einem einfachen Potenzgesetz bei ca. 100~GeV festgestellt. Bei hoeheren Energien werden zwei Emissionsregionen aufgeloest. Ueberhalb von einem TeV koennen zwei voneinander getrennte, einzeln signifikante Regionen festgestellt werden. Diese Dissertation zeigt die ersten morphologischen Untersuchungen, die mit den MAGIC Teleskopen durchgefuehrt wurden. Es wurde gezeigt, dass die Faehigkeit Strukturen in galaktischen Quellen aufloesen zu koennen, wichtige Informationen ueber die Physik der Teilchenbeschleunigung in astrophysikalischen Objekten liefert.

Vortrag von Jonathan R. Ellis

Vortrag von Jonathan R. Ellis

Innerhalb des sogenannten Standardmodells (SM) der Teilchenphysik ist der Prozess der Flavour-ändernden neutralen Ströme (FCNC) auf Born-Niveau verboten, und nur über Prozesse höherer Ordnung möglich. FCNC-Prozesse sind daher extrem unterdrückt und sehr selten. Experimentell konnte dies für die ersten beiden Generationen von Quarks bestätigt werden. Für die dritte Generation, speziell für das Top-Quark, existieren bisher nur wenige experimentelle Erkenntnisse über FCNC-Prozesse. Durch theoretische Erweiterungen des SM können, aufgrund der extrem großen Masse des Top-Quarks und der damit verbundenen Sonderstellung, FCNC-Prozesse für Top-Quarks vorhergesagt werden, die um mehrere Größenordnungen gegenüber dem SM erhöht sind. In dieser Arbeit wird nach der Produktion einzelner Top-Quarks über Flavour-ändernde neutrale Ströme mit den Daten des OPAL-Detektors am e+e- -Speicherring LEP gesucht. Hierzu wird im hadronischen Zerfallskanal des W-Bosons nach dem Prozess e+e- -> tc(u) -> bWc(u) gesucht. Die Selektion der Ereignisse beruht auf der kinematischen Rekonstruktion und dem Auffinden von b-Hadronen. Mehrere sensitive Variablen werden mit einer Likelihood-Methode kombiniert. Die Daten, bei Schwerpunktsenergien zwischen 189 und 209 GeV, entsprechen einer integrierten Luminosität von ca. 600 pb^-1. Bei keiner der untersuchten Schwerpunktsenergien ergeben sich Hinweise für solche FCNC-Prozesse. Es lassen sich obere Grenzen auf den Wirkungsquerschnitt in Abhängigkeit der Schwerpunktsenergie mit 95% Konfidenzniveau berechnen. Im Rahmen verschiedener Erweiterungen des SM kann mit diesen Grenzen der Parameterraum von Kopplungen jenseits des SM eingeschränkt werden. Zudem ist es möglich, mit Hilfe dieser Kopplungsparameter Grenzen auf das FCNC-Verzweigungsverhältnis Br( -> Z^0 q) und Br(t -> gamma q) zu berechnen. Durch die zusätzliche Kombination mit dem leptonischen Zerfallskanal des W-Bosons und den Analysen der anderen drei LEP-Experimente (ALEPH, DELPHI, L3) können die zur Zeit stärksten experimentellen Grenzen auf FCNC-Prozesse im Bereich des Top-Quarks bestimmt werden.