Podcasts about standardmodells

Woraus besteht eigentlich alles um uns herum? Warum fällt das Universum nicht einfach auseinander? Und was hat es mit diesen mysteriösen Quarks und Leptonen auf sich?Tim & Max tauchen in die faszinierende Welt des Standardmodells der Teilchenphysik ein und erklären, warum dieses Theoriegebäude der Schlüssel zum Verständnis unserer Realität ist.Viel Spaß beim Hören!

Anlässlich des Todes von Peter Higgs beschäftigen wir uns mit einer sehr grundlegenden physikalischen Größe, der Masse. Das Schöne an der Masse ist, dass wir einen intuitiven Zugang zu ihr haben: Dinge sind leicht oder schwer, und wenn man sie loslässt, fallen sie runter. Aber da fangen die Schwierigkeiten schon an: Lässt man eine Bowlingkugel und eine Feder im Vakuum fallen, so erreichen sie den Boden gleichzeitig. Noch nicht gesehen!? Das liegt daran, dass wir uns nicht im Vakuum befinden. Der Grund für diese überraschende Ergebnis ist, dass es nicht eine, sondern zwei Arten von Massen gibt: die träge und die schwere Masse. Erst Albert Einstein gelang es im Rahmen seiner Allgemeinen Relativitätstheorie, diese Konzepte zu verbinden. Aber was hat das mit Peter Higgs und seinem Teilchen zu tun? Anfangs gar nichts. Higgs versuchte ein abstraktes physikalisches Problem mathematisch zu lösen, das zunächst nichts mit der Masse von Elementarteilchen und zu tun hatte. Erst später wurde klar, dass sein Mechanismus die Massen der Elementarteilchen ermöglicht und den Abschluss des Standardmodells der Teilchenphysik bildet. Anhand der Masse spannen wir den Bogen von unserer Alltagswelt über die klassische Physik hin zu den Rätseln der modernen Physik.

1954 gegründet, war das CERN von Anfang an Friedens- und Forschungsprojekt in einem. Der aufsteigenden Bedeutung der Kernforschung trug dieser neue Standort in Genf Rechnung und versammelte Wissenschaftler aus Europa und aller Welt, um zu erforschen, was die Welt im innersten zusammenhält. In seiner über 70-jährigen Geschichte konnte das CERN nicht nur grundlegende wissenschaftliche Erkenntnisse liefern sondern machte auch durch nebenläufige Durchbrüche wie die Erfindung des World Wide Webs von sich reden. Als 2012 durch die Experimente am CERN auch noch das lang gesuchte Higgsfeld bestätigt und damit der letzte gesuchte Baustein des Standardmodells der Teilchenphysik gefunden wurde, hatte das CERN die Aufmerksamkeit der ganzen Welt und steht seitdem wie kein anderer Standort für die Bedeutung der Grundlagenforschung in der Wissenschaft.

Wir gehen heute mal der Frage nach wie solche Planeten überhaupt zustande kommen und wie wir sie entdecken, also lehn dich zurück und lass uns gemeinsam in diese faszinierende Welt der Dunklen Materie eintauchen! Wir haben vielleicht nicht viele Planetensysteme wie unser eigenes Sonnensystem gefunden. Doch eines scheinen sie alle gemeinsam zu haben: Sie scheinen aus der guten alten baryonischen Materie zu bestehen - also der Stoff, aus dem alles was wir im Alltag sehen besteht. Was aber, wenn es da draußen Planeten gibt, die aus anderem Material bestehen: Teilchen außerhalb des Standardmodells? Teilchen die wir noch nie auf dem Schirm hatten. Was ist, wenn es Planeten gibt, die aus dem mysteriösen Stoff bestehen, den wir dunkle Materie nennen? Niemand kann diese Frage so wirklich auf die eine oder andere Weise beantworten, zumindest nicht mit unserem derzeitigen Wissen. Aber ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung des theoretischen Physikers Yang Bai von der University of Wisconsin-Madison wollte wissen, wie sich solche Planeten aus reiner dunkler Materie formen würden- und ob wir sie aufspüren könnten, wenn es sie wirklich gäbe. Die kurze Antwort auf die Arbeit des Physikers lautet: Ja, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind. Empfohlenes Video: https://www.youtube.com/watch?v=g2z7Cw1xP4w Quellen: https://futurezone.at/science/ https://science.orf.at/v2/stories/2897231/ Hör doch auch mal in den neuen HARDCORE SCIENCE-Podcast rein! https://open.spotify.com/show/6PepsOby5t6EF3PLPnXCAP Abonniere jetzt die Entropy, um keine der coolen & interessanten Episoden zu verpassen! Das unterstützt mich natürlich und hilft mir meinen Content zu verbessern und zu erweitern! Hier abonnieren: https://www.youtube.com/channel/UC5dBZm6ztKizdUnN7Puz3QQ?sub_confirmation=1 ♦ PATREON: https://www.patreon.com/entropy_wse ♦ TWITTER: https://twitter.com/Entropy_channel ♦ INSTAGRAM: https://www.instagram.com/roma_perezogin/ ♦ INSTAGRAM: https://www.instagram.com/entropy_channel/ ♦ DISCORD-SERVER: https://discord.gg/xGtUAaAw98 ♦ GOODNIGHT STORIES: https://open.spotify.com/show/5Mz5jx2lm7DXN3FizSigoJ

Das unglaubliche Muon G-2 Experiment von Fermilab. Während es einige ungeklärte Phänomene gibt, die wir bis heute nicht erklären können. Waren für viele Wissenschaftler die Vorhersagen des Standardmodells absolut zuverlässig. Nun, bis auf ein paar lose Enden hier und da, einschließlich einer jahrzehntelangen Meinungsverschiedenheit zwischen Daten und Theorie in Bezug auf die magnetischen Eigenschaften eines subatomaren Teilchens namens Myon. Wissenschaftler haben zwei Jahrzehnte darauf gewartet, ob diese Diskrepanz real ist. Und nun ist das Warten endlich vorbei. Good Night Stories: Auf YouTube - https://www.youtube.com/channel/UCOGzvEVuggur7x8BxoL84-A Auf Spotify - https://open.spotify.com/show/5Mz5jx2lm7DXN3FizSigoJ Abonniere jetzt die Entropy, um keine der coolen & interessanten Episoden zu verpassen! Das unterstützt mich natürlich und hilft mir meinen Content zu verbessern und zu erweitern! Hier abonnieren: https://www.youtube.com/channel/UC5dBZm6ztKizdUnN7Puz3QQ?sub_confirmation=1 ♦ PATREON: https://www.patreon.com/entropy_wse ♦ TWITTER: https://twitter.com/Entropy_channel ♦ INSTAGRAM: https://www.instagram.com/roma_perezogin/ ♦ INSTAGRAM: https://www.instagram.com/entropy_channel/

Zehn Jahre ist es her, dass Forscherinnen und Forscher des Europäischen Kernforschungszentrums CERN verkünden konnten: Wir haben das Higgs-Teilchen gefunden. Das letzte fehlende Teilchen im sogenannten Standardmodell der Teilchenphysik. Inzwischen geht die Suche weiter: nach einer neuen Physik jenseits des Standardmodells.

Es gibt große Neuigkeiten aus der Teilchenphysik! Eine Vorhersage des Standardmodells wurde scheinbar widerlegt. Was steckt genau dahinter? Wie immer überall, wo es Podcasts gibt. Viel Vergnügen! #boson #teilchenphysik #standardmodell #fermilab ********** Anmerkungen, Fragen, Kritik oder interessante Themenvorschläge bitte an physikgeplaenkel@gmail.com ********** Unsere Instragram Seite: https://www.instagram.com/physikgeplaenkel/ Unsere Facebook Seite: https://www.facebook.com/Physik-Geplänkel-1153934681433003/ Unser Youtube Channel: https://www.youtube.com/channel/UCD1CT-nTdEagwMF16P6gIKQ/ Folgt uns unter "Physik-Geplänkel" auf Spotify, iTunes, Deezer, PocketCasts oder als Amazon Alexa Skill. Oder am besten direkt unter https://physik-geplaenkel.podigee.io/

Der Higgs-Mechanismus in der Teilchenphysik dient dazu um den Teilchen ihre Masse zu verleihen. Aber warum wird hierfür ein eigener Mechanismus gebraucht? Und wie funktioniert er? Löst dieser Mechanismus alle offenen Fragen des Standardmodells? Und wie lässt er sich auf den Glauben hin deuten? Auf all diese interessanten Fragen gehe ich in dieser letzten Podcastfolge diesen Jahres ein.

Neue und unglaubliche wissenschaftliche Ergebnisse zweier Physiker aus Japan und Deutschland, zeigen Polarisationen in der kosmischen Hintergrundstrahlung auf, die, die Quintessenz beweisen könnte. Eine neue Messtechnik hat Hinweise auf eine Verdrehung des Lichts ergeben - etwas, das ein Zeichen für eine Verletzung der Paritätssymmetrie sein könnte und auf eine Physik außerhalb des Standardmodells hindeutet. Nach dem Standardmodell der Physik sollten die Gesetze der Physik immer noch gelten, wenn wir das Universum umdrehen, als wäre es ein Spiegelbild seiner selbst. Subatomare Wechselwirkungen sollten im Spiegel genauso auftreten wie im realen Universum. Soweit wir bisher messen konnten, gibt es nur eine grundlegende Wechselwirkung, die die Paritätssymmetrie bricht. Das ist die schwache Wechselwirkung zwischen subatomaren Partikeln. Die Suche nach einem anderen Ort, an dem die Paritätssymmetrie zusammenbricht, könnte uns jedoch möglicherweise zu einer neuen Physik jenseits des Standardmodells führen.

Das Standardmodell der Physik hat, wie wir wissen, nicht für alle Fragen Antworten. Seit vielen Jahren dient die Supersymmetrie als DIE Theorie, die Physik abseits des Standardmodells zu erklären. Die Theorie der Supersymmetrie ist in der Physik eine schöne Angelegenheit. Beide Merkmale „Schönheit“ und „Symmetrie“ sind für Fachleute seit jeher starke Indizien dafür, dass eine Theorie stimmen könnte, denn je einfacher und natürlicher eine Gleichung ist, umso wahrscheinlicher ist es, dass sie auch zutrifft. Allerdings muss es laut dieser Theorie noch ein paar dutzend Teilchen geben. Bisher sind aber alle Versuche gescheitert, diese potentiellen Teilchen zu finden.

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

Die Masse des Top Quarks ist ein fundamentaler Parameter des Standardmodells und ihre präzise Bestimmung ist von großer Bedeutung für die Teilchenphysik. In dieser Dissertation werden Messungen der Top Quark Masse im dileptonischen Zerfallskanal von Top Quark Paaren präsentiert und experimentelle und theoretische Aspekte der Präzisionsmessung untersucht. Neben technischen Maßnahmen zur Gewährleistung optimaler Nachweiskapazität für zukünftige Datennahme werden Messungen der Top Quark Masse mit den Daten der Jahre 2011 und 2012 des ATLAS Detektors durchgeführt, basierend auf Proton-Proton Kollisionen mit einer Schwerpunktsenergie von √s = 7 und 8 TeV. Verschiedene Techniken zur Reduzierung der statistischen und wichtigsten systematischen Unsicherheiten werden angewandt, was zur bisher genauesten Einzelmessung der Top Quark Masse im dileptonischen Top Quark Paar Zerfallskanal weltweit führt. Durch eine Kombination mit ATLAS Messungen unter Berücksichtigung der Korrelationen wird die Präzision weiter erhöht. Die in einer Blindstudie ermittelte Masse des Top Quarks ist mtop = 172.40 ± 0.31 (stat) ± 0.62 (syst) GeV/c2 = 172.40 ± 0.70 GeV/c2, wobei die Unsicherheit von der begrenzten Auflösung der Jetenergiemessungen dominiert wird. Außerdem werden mit einer Entfaltungsmethode die Daten von Detektoreffekten bereinigt und die ersten Schritte zu einer Messung der Top Quark Masse auf dem Niveau stabiler Teilchen durchgeführt. Anschließend werden die Auswirkungen von vollen QCD Rechnungen in zweiter Ordnung Störungstheorie auf Top Quark Massenmessungen untersucht.

Es werden drei Analysen vorgestellt, die nach elektroschwach produzierten supersymmetrischen Teilchen in Proton-Proton-Kollisionen suchen. Die Kollisionen wurden mit dem ATLAS-Experiment am Large Hadron Collider aufgenommen. Zwei Leptonen (Elektronen oder Myonen), Jets und fehlende transversale Energie werden im Endzustand erwartet. `Simplified Models' werden genauso wie das `phenomenological Minimal Supersymmetric Standard Model' (pMSSM) verwendet, um die Produktion und den Zerfall von Gaugino-Paaren, also Paaren aus Charginos und Neutralinos, zu untersuchen. Die erste Analyse wird mit ATLAS Daten, die einer integrierten Luminosität von 4.7 fb^-1 entsprechen und im Jahr 2011 bei einer Schwerpunktenergie von sqrt(s)=7 TeV aufgenommen wurden, durchgeführt. Die direkte Produktion von Sleptonen sowie drei weitere Szenarien, in denen Gaugino-Paare über zwischenzeitliche Sleptonen zerfallen, werden untersucht. Besonders hervorgehoben wird die Triggerstrategie. Da kein Überschuss an Ereignissen in den ATLAS Daten beobachtet wird, können beispielsweise die Massen linkshändiger Sleptonen im Bereich von 85 bis 195 GeV mit 95% Konfidenzniveau ausgeschlossen werden. Hierfür wird ein Simplified Model, das die direkte Produktion von Sleptonen annimmt, verwendet, und das Neutralino besitzt eine Masse von 20 GeV. In einer zweiten Analyse werden 20.3 fb^-1 ATLAS Daten benutzt, die im Jahr 2012 mit sqrt(s)= 8 TeV aufgenommen wurden. Sieben Signalregionen zielen auf supersymmetrische Zerfallsketten ab, in denen zwei Leptonen mit entgegengesetztem Ladungsvorzeichen im Endzustand erwartet werden. Der dominante Standardmodelluntergrund besteht, analog zu der Analyse der 2011er Daten, aus ttbar-, Z/gamma*+jets- und zwei-Boson-Prozessen. Zwei-Lepton-Trigger werden kombiniert um die Ereignisse auszuwählen. Die Ergebnisse entsprechen den Erwartungen des Standardmodells und werden im Rahmen des pMSSM interpretiert. Massen des chi_1^+- können zwischen 100 und 105 GeV, 120 und 135 GeV sowie zwischen 145 und 160 GeV mit 95% Konfidenzniveau für ein masseloses chi_1^0 ausgeschlossen werden. Das Simplified Model für den Prozess chi_1^+ chi_1^- -> W^+ chi_1^0 W^- chi_1^0 -> l^+ nu chi_1^0 l^- nu chi_1^0 wird dazu verwendet. Mit der Simulation der direkten Produktion von Sleptonen in einem weiteren Simplified Model können Sleptonmassen zwischen 90 und 325 GeV ausgeschlossen werden (m_chi_1^0< 30 GeV). Die dritte Analyse wird ebenfalls mit 2012er Daten durchgeführt. Es wird ein Szenario betrachtet, in dem ein Chargino-Neutralino-Paar über ein W- und ein Higgsboson in einen Endzustand mit zwei gleichnamig geladenen Leptonen, zwei Quarks und zwei leichtesten Neutralinos zerfällt. Der Hauptuntergrund beruht auf Leptonen, die nicht vom primären Zerfallsvertex stammen, und wird mit Hilfe von ATLAS Daten bestimmt. Der Beitrag durch Standardmodell-Prozesse mit zwei Bosonen wird z.B. durch Schnitte auf die invariante Masse der Zerfallsprodukte des Higgsbosons und auf die effektive Masse, das ist die skalare Summe der Transversalimpulse der Leptonen, Jets und der fehlenden Transversalenergie, unterdrückt. Die Ergebnisse dieser Analyse sind noch nicht veröffentlicht. Man erwartet, dass die drei Massenpunkte mit Neutralinomassen unter 10 GeV und Charginomassen unter 150 GeV mit 95% Konfidenzniveau ausgeschlossen werden können.

Die Entwicklung des ersten präzisen kosmologischen Modells, des LCDM Modells, ist eine bedeutende Errungenschaft der modernen, beobachtenden Kosmologie. Trotzdem bleiben eine Reihe von wichtigen Fragen über Zusammensetzung und Entwicklungsgeschichte des Universums unbeantwortet: Abgesehen von der Natur der Dunklen Materie ist der physikalische Ursprung der Dunklen Energie eine der ganz großen Fragen der theoretischen Physik. Ebenso bedürfen die statistischen Eigenschaften der anfänglichen Dichtefluktuationen im frühen Universum einer genauen überprüfung. Kleinste Abweichungen von den Gauß'schen Fluktuationen des Standardmodells würden, sofern sie nachgewiesen werden, eine Vielzahl von Informationen über die Physik des frühen Universums enthalten. In dieser Arbeit benutze ich numerische Verfahren, um neue, hochpräzise Vorhersagen zur kosmischen Strukturbildung in generalisierten Dunkle Energie Kosmologien zu treffen. Außerdem berücksichtige ich Modelle mit nicht-Gauß'schen Anfangbedingungen. Im ersten Abschnitt untersuche ich die nicht-lineare Strukturentstehung in sogenannten `Early Dark Energy' (EDE) Modellen und vergleiche sie mit dem LCDM Standardmodell. Interessanterweise zeigen meine Ergebnisse, dass der Sheth and Tormen (1999) Formalismus, mit dem üblicherweise die Anzahldichte von Halos aus Dunkler Materie geschätzt wird, in EDE Kosmologien weiterhin anwendbar ist, im Widerspruch zu analytischen Berechnungen. In diesem Zusammenhang untersuche ich auch das Verhältnis zwischen Masse und Geschwindigkeitsdispersion der Dunklen Materie in Halos. Dabei stelle ich eine gute übereinstimmung mit der Normalisierung der LCDM Kosmologien fest, wie sie in Evrard et al. (2008) beschrieben ist. Allerdings führt das frühere Anwachsen der Dichtestrukturen in EDE Modellen zu großen Unterschieden in der Massenfunktion der Halos bei hohen Rotverschiebungen. Dies könnte direkt in Beobachtungen gemessen werden, indem man die Anzahl der Gruppen als Funktion der Geschwindigkeitsdispersion der enthaltenen Galaxien entlang der Sichtlinie bestimmt. Insbesondere würde dadurch das Problem der mehrdeutigen Massebestimmung von Halos umgangen. Schließlich ermittele ich die Beziehung zwischen dem Konzentrationsparameter von Halos und der Halomasse in den EDE Kosmologien. Im zweiten Teil meiner Arbeit verwende ich ein Set an hochaufgelöste hydrodynamische Simulationen um die globalen Eigenschaften der thermischen und kinetischen Sunyaev Zeldovich (SZ) Effekte zu untersuchen. Dabei stellen wir fest, dass in den SZ-Beobachtungskarten der EDE Modelle der Compton-y-Parameter systematisch größer ist als im LCDM Modell. Erwartungsgemäß finde ich daher auch, dass das Leistungsspektrum der thermischen und kinetischen SZ Fluktuationen in EDE Kosmologien größer ist als im Standardmodell. Allerdings reicht diese Steigerung für realistische EDE Modelle nicht aus, um die theoretischen Voraussagen in übereinstimmung mit aktuellen Messungen der Mikrowellenhintergrundanisotropie bei großen Multipolwerten zu bringen. Eine Zählung der durch den SZ Effekt detektierbaren Halos in den simulierten Karten zeigt nur einen leichten Anstieg in den massereichsten Haufen für EDE Kosmologien. Ebenso sind Voraussagen für zukünftige Zählungen von SZ-detektierten Haufen durch das South Pole Telescope (SPT Ruhl, 2004) stark durch Unsicherheiten in der Kosmologie beeinträchtigt. Schließlich finde ich, dass die Normalisierung und die Steigung der Relation zwischen thermischem SZ-Effekt und Halomasse in vielen EDE Kosmologien unverändert bleibt, was die Interpretation von Beobachtungen des SZ Effekts in Galaxienhaufen vereinfacht. In weiteren Untersuchungen berechne ich eine Reihe von hochaufgelösten Vielteilchensimulationen für physikalisch motivierte nicht-Gauß'sche Kosmologien. In umfangreichen Studien untersuche ich die Massenverteilungsfunktion der Halos und deren Entwicklung in nicht-Gauß'schen Modellen. Zudem vergleiche ich meine numerischen Experimente mit analytischen Vorhersagen von Matarrese et al. (2000) und LoVerde et al. (2008). Dabei finde ich eine sehr gute übereinstimmung zwischen Simulation und analytischer Vorhersage, vorausgesetzt bestimmte Korrekturen für die Dynamik des nicht-sphärischen Kollapses werden berücksichtigt. Dazu werden die Vorhersagen dahingehend modifiziert, dass sie im Grenzfall sehr seltener Ereignisse einem geeignet veränderten Grenzwert der kritischen Dichte entsprechen. Desweiteren bestätige ich jüngste Ergebnisse, nach denen primordiale nicht-Gauß'sche Dichtefluktuationen eine starke skalenabhänginge Verzerrung auf großen Skalen verursachen, und ich lege einen physikalisch motivierten mathematischen Ausdruck vor, der es erlaubt, die Verzerrung zu messen und der eine gute Näherung für die Simulationsergebnisse darstellt.

Feldtheorien auf nichtkommutativen (NC) Raeumen werden untersucht als realistische Erweiterungen des Standardmodells der Elementarteilchenphysik. Vor allem werden zwei Modelle mit nicht vertauschenden operatorwertigen Koordinaten betrachtet: Kanonisch NC Raeume und der kappa-deformierte Raum. Diese NC Raeume werden auf gewoehnlichen Funktionen durch Sternprodukte dargestellt. Die deformierte Multiplikation erzwingt, dass in einer Eichtheorie auf einem NC Raum das Eichpotential nicht Werte in einer Lie Algebra annimmt, sondern in deren Einhuellenden Algebra. Diese NC Eichtheorie kann jedoch so formuliert werden, dass die Freiheitsgrade mit denen der kommutativen Eichtheorie uebereinstimmen. Somit kann die Eichtheorie auf der Basis jeder Lie Algebra definiert werden, sie wird rein algebraisch aus einem Konsistenzprinzip konstruiert und hier aufgefaechert in der Einhuellenden Algebra zur zweiten Ordnung in theta berechnet. Der Zusammenhang mit der Seiberg-Witten-Abbildung der Stringtheorie wird ausfuehrlich diskutiert, ebenso Auswirkungen der Freiheiten dieser Konstruktion fuer physikalische Theorien. Dieser Ansatz der Auffaecherung in theta versteht sich als effektive Theorie. Daher wird die Quantenfeldtheorie des Standardmodells zwar nicht im Ultravioletten abgeschirmt, das in der NC Feldtheorie notorische UV-IR Problem wird aber a priori umgangen. Der kappa-deformierte Raum ist ein NC Raum mit einer deformierten Symmetriestruktur. Diese Symmetrie wird durch eine Hopfalgebra beschrieben und deren Eigenschaften werden hier aus der Konsistenz mit den NC Vertauschungsbeziehungen hergeleitet. Ableitungs-operatoren werden ausschoepfend diskutiert, ebenso algebraische Vektorfelder und zwei verschiedene Definitionen von Differentialformen. Neu ist die Einf"uhrung eines NC Differentialkalkuels mit genau n Einsformen in n Dimensionen. Alle abstrakt definierten Groessen werden auf gewoehnlichen Funktionen durch ableitungswertige Operatoren dargestellt. Es werden Fortschritte erzielt bei der Definition eines eichinvarianten Integrals ueber dem kappa-deformierten Raum, das zugleich invariant unter der deformierten Symmetrie ist. Abschliessend wird die Eichtheorie fuer den kappa-deformierten Raum konstruiert, aufgefaechert im Deformationsparameter bis zur zweiten Ordnung. Lagrangefunktionen und Wirkungen werden berechnet. Eichfelder sind fuer Raeume mit deformierter Symmetrie ableitungswertig und koppeln nicht-trivial mit anderen Feldern. Diese Modelle sagen keine neuen Teilchen vorher, sondern Wechselwirkungs-Vertices und fuer den kappa-deformierten Fall auch neue Propagatoren. Die explizite Berechnung dieser Theoriefuer das Standardmodell kann zu messbaren Korrekturen fuehren, z.B. zu im Standardmodell verbotenen Zerfaellen.

Diese Arbeit ist eine Weiterentwicklung der beim OPAL-Experiment verwendeten Faltungsmethode zur Bestimmung der Masse des geladenen Eichbosons der schwachen Wechselwirkung. Die Methode wurde ausgeweitet auf eine gleichzeitige Bestimmung der Masse Mw und der Zerfallsbreite Gw des W-Boson genannten Eichbosons. Analysiert wurden dazu Daten, die mit dem OPAL-Experiment in den Jahren 1997 bis 2000 aufgezeichnet wurden. Von den möglichen Zerfällen der erzeugten W-Bosonpaare werden nur semileptonische betrachtet, bei denen ein W-Boson hadronisch in ein Quark-Antiquark-Paar zerfällt und das andere in ein geladenes Lepton und ein Neutrino. In der Faltungsmethode werden die aus der Detektorauflösung resultierenden Fehler der einzelnen Ereignisse berücksichtigt. Dazu wird eine Funktion P(m) für jedes Ereignis ermittelt, welche die Wahrscheinlichkeit angibt, daß die produzierten W-Bosonen eine mittlere Masse m haben. Diese sogenannte Ereigniswahrscheinlichkeitsdichte wird mit einer Physikfunktion PF(m;Mw,Gw) gefaltet, die von den Parametern Masse Mw und Zerfallsbreite Gw des W-Bosons abhängt. Sie beschreibt die Erzeugungswahrscheinlichkeit der W-Bosonpaare unter Berücksichtigung von Photonabstrahlung im Anfangszustand. Aus dieser Faltung erhält man eine von Mw und Gw abhängige Ereignis-Likelihoodfunktion, die ein Wahrscheinlichkeitsmaß dafür ist, daß dieses Ereignis von einem W-Boson mit den Parametern Mw und Gw herrührt. Aus allen selektierten semileptonischen W-Bosonereignissen wird eine Gesamt-Likelihood-Funktion L(Mw,Gw) berechnet. Durch Maximierung dieser Funktion bezüglich Mw und Gw ist erstmals bei OPAL eine gleichzeitige Bestimmung der Masse und Breite des W-Bosons möglich. Mit einer integrierten Gesamtluminosität von 683.84 pb^-1, die in den Jahren 1997 bis 2000 bei Schwerpunktsenergien von 183 bis 208 GeV vom OPAL-Experiment aufgezeichnet wurden, ergibt sich aus den semileptonischen Zerfällen von W-Bosonpaaren ein Wert für die Masse Mw und Breite Gw des W-Bosons zu: Mw = 80.424 +- 0.077 GeV/c^2 Gw = 2.126 +- 0.130 GeV/c^2 Die gemessenen Parameter befinden sich in guter Übereinstimmung mit den Vorhersagen des Standardmodells der Teilchenphysik.

In der vorliegenden Arbeit habe ich mich mit den Auswirkungen eventuell im fruehen Universum vorhandener Antimaterieregionen auf die Haeufigkeiten der leichten Elemente beschaeftigt. Praktisch das gesamte Deuterium und der ueberwiegende Teil der Helium-4 Kerne, die wir heute im Universum beobachten, wurden in einem fuehen Evolutionsstadium des Kosmos — nur wenige Minuten nach dem Urknall — gebildet. In der Theorie der sogenannten Primordialen Nukleosynthese — oder auch Big Bang Nukleosynthese (BBN) — werden die relativen Haeufigkeiten der einzelnen Kerne abhangig von den genauen physikalischen Bedingungen im jungen Universum vorhergesagt. Die im Rahmen des Standardmodells der Kosmologie vorhergesagten Elementhaeufigkeiten stimmen im Allgemeinen gut mit aus Beobachtungen abgeleiteten Werten ueberein. Dies begr uendet den großen Erfolg dieser Theorie und macht sie zu einem der Grundpfeiler des kosmologischen Standardmodells. Denkbare Erweiterungen des Standardmodells koennen jedoch potentiell Auswirkungen auf den Ablauf der Kernsynthese haben. Da aber jedes glaubwuerdige Szenario ebenso wie die Standardtheorie die aus den Beobachtungen abgeleiteten Haeufigkeiten vorhersagen muss, duerfen die H¨aufigkeiten nur minimal beeinflusst werden. Diese Ueberlegungen gestatten es uns, die Kernsynthese als ”Werkzeug“ zur Untersuchung der physikalischen Bedingungen im jungen Universum zu verwenden. Dies ist bereits in der Vergangenheit vielfach praktiziert worden. Eine haeufig untersuchte Variante ist die sogenannte inhomogene Nukleosynthese. In einem solchen Modell wird eine Grundannahme des kosmologischen Standardmodells, die Homogenitaet der Verteilung der baryonischen Materie im jungen Universum, fallengelassen. Das von mir untersuchte Szenario geht noch einen Schritt weiter und laeßt auch Fluktuationen in der Baryonendichte mit negativem Vorzeichen zu. In einem solchen Modell besteht das junge Universum aus getrennten Materie- und Antimaterieregionen. Diese Art spezieller Anfangsbedingungen wird in einigen Modellen der elektroschwachen Baryogenese vorhergesagt. Solche Materie- und Antimaterieregionen werden sich gegenseitig annihilieren, sobald der Transport von Baryonen ueber die Grenzen der Regionen moeglich ist. Nach der vollst¨andigen Annihilation aller Antimaterieregionen bleibt nur der im Zuge der Baryogenese gebildete Ueberschuß an Materie uebrig. Zur numerischen Behandlung dieses Problems habe ich ein Computerprogramm entwickelt. In diesem Programm werden sowohl die nuklearen Reaktionen, die zum Aufbau der leichten Elemente fuehren, als auch Annihilationen beruecksichtigt. Da die Kernsynthese und die Annihilation der Antimaterieregionen im expandierenden Universum ablaufen, und die genauenWerte der einzelnen thermodynamischen Variablen, wie Druck, Dichte und Temperatur der beteiligten Teilchen, von entscheidender Wichtigkeit sind, muss das Programm auf dem Hintergrund der Expansion des Kosmos gerechnet werden. Weiterhin musste neben den Reaktionen, die zwischen den einzelnen Nukleonen ablaufen koennen, auch der Transport von Nukleonen und Antinukleonen in die jeweilige Anti-Region behandelt werden. Diese Transportprozesse werden zu fruehen Zeiten durch Diffusion von Baryonen beschrieben, zu spaeten Zeiten hingegen durch hydrodynamische Expansion von Regionen mit hoeherer Dichte gegen solche mit niedrigerer Dichte. Abhaengig vom Zeitpunkt der Annihilation k¨onnen die Haeufigkeiten der leichten Elemente durch zwei Haupteffekte beeinflusst werden. Im Zuge der Heliumsynthese, die bei einer kosmischen Temperatur von etwa 80 keV ablaeuft, werden praktisch alle freien Neutronen in Helium-4 Kerne eingebaut. Die primordiale Helium-4 Haeufigkeit haengt also stark von der Anzahl verfuegbarer Neutronen ab. Zu Zeiten vor der Heliumsynthese laeuft der Transport von Baryonzahl ueber die Domaenengrenzen durch Neutronendiffusion ab, Protonen koennen auf Grund ihrer elektrischen Ladung nur ueber wesentlich kuerzere Distanzen diffundieren. Fruehe Annihilation wird also bevorzugt auf Neutronen stattfinden und fuehrt so zu einer Reduzierung der Neutronendichte, und damit unmittelbar auch zu einer geringeren Menge an primordial produziertem Helium-4. Sind die Antimaterieregionen groeßer als die Diffusionslaenge von Neutronen zur Zeit der Heliumsynthese, ist ein nennenswerter Transport von Baryonzahl erst zu wesentlich sp¨ateren Zeiten moeglich. Antiprotonen, die nun in die Materieregion eindringen, koennen sowohl auf Protonen als auch auf die bereits gebildeten Helium-4 Kerne annihilieren. Weiterhin koennen die Helium-4 Kerne auch durch die im Annihilationprozess entstehenden Gammaquanten photodisintegriert werden. Beide Prozesse fuehren zur Bildung energetischer Sekundaerkerne, in erster Linie Helium-3. Diese energetischen Kerne koennen in einem weiteren Schritt durch nicht-thermische Reaktionen mit Helium-4 Kernen Lithium-6 Kerne bilden. Sp¨ate Annihilation wird also zu einer erhoehten Helium-3 und Lithium-6 Haeufigkeit im Vergleich zum Standardszenario fuehren. Als ein wichtiges Ergebnis meiner Arbeit habe ich auf Grund dieser Effekte Schranken sowohl an den maximal erlaubten Antimateriegehalt im jungen Universum, als auch an den Zeitpunkt der Annihilation, bestimmt durch die Groeße der Antimaterieregionen, hergeleitet. Diese neuen und rigiden Schranken decken einen weiten Annihilationszeitraum ab, von der Epoche des Ausfrierens der schwachen Wechselwirkungen bei einer Temperatur von etwa 1 MeV bis hinunter zur Epoche der Rekombination bei einer kosmischen Temperatur von etwa 10 nisse wesentlich restriktiver. Der relative Antimateriegehalt in Regionen die unmittelbar nach dem Ende der Kernsynthese annihilieren kann beispielsweise nicht hoeher als wenige Prozent der gesamten baryonischen Materie sein, fuer spaetere Annihilation sinkt dieser Wert um mehr als zwei Groeßenordnungen. In einem zweiten Hauptaspekt meiner Arbeit habe ich gezeigt, dass die durchaus im Detail vorhandenen Diskrepanzen zwischen den im Standardszenario der Big Bang Nukleosynthese vorhergesagten Elementh aeufigkeiten und den aus Beobachtungen abgeleiteten Werten durch die Praesenz einer gewissen Menge Antimaterie in einem bestimmten Laengenskalenbereich beseitigt werden koennen. Weiterhin habe ich untersucht, ob die im Standardszenario g ueltige obere Grenze fuer die Baryonendichte im Universum in einem Szenario mit Antimateriedom aenen ebenso gueltig ist. Auf Grund meiner Ergebnisse erscheint es sehr unwahrscheinlich, dass die Baryonendichte in einem Materie-Antimaterie Szenario wesentlich gr¨oßer sein kann, als im Standardszenario vorhergesagt.