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Tests des Standardmodells der Teilchenphysik 2
Testing the Standard Model of Particle Physics 2

Modul PH2045

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Modulversion vom SS 2018 (aktuell)

Von dieser Modulbeschreibung gibt es historische Versionen. Eine Modulbeschreibung ist immer so lange gültig, bis sie von einer neuen abgelöst wird.

verfügbare Modulversionen
SS 2018SS 2017WS 2010/1

Basisdaten

PH2045 ist ein Semestermodul in Deutsch oder Englisch auf Master-Niveau das im Sommersemester angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Allgemeiner Spezialfachkatalog Physik
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Kern-, Teilchen- und Astrophysik

Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
150 h 60 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2045 ist Zinonas Zinonos.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Zweisemesterige Vorlesung, Fortsetzung vom vorhergehenden Wintersemester:

1. Aktuelle experimentelle Tests des Standardmodells
1.1 Physik am Large Hadron Collider
1.2 Suche nach dem Higgs-Boson
1.3 B-Mesonzerfaelle und Verletzung der CP-Symmetrie
1.4 Neutrinomassen und Neutrinooszillationen
2. Suche nach Erweiterungen des Standardmodells
2.1 Grenzen und Erweiterungen des Standardmodells
2.2 Suche nach Vereinheitlichung der fundamentalen Wechselwirkungen
2.3 Suche nach Vereinheitlichung von Fermionen und Bosonen (Supersymmetrie)
2.4 Suche nach der Dunklen Materie im Universum

Lernergebnisse

Nach der erfolgreichen Teilnahme an dem Modul besitzt der Studierende ein vertieftes Verstaendnis der Prinzipien des Standardmodells der Teilchenhysik mit besonderem Schwergewicht auf

- der Rolle der lokalen Eichsymmetrien bei der Beschreibung der fundamentalen Wechselwirkungen,
- der Erzeugung der Massen der Elementarteilchen durch spontane Brechung der Eichsymmetrie und den Higgs-Mechanismus,
- der Verknuepfung von Theorie und Experiment mittels Stoerungstheorie und Feynman-Diagrammen,
- den Prinzipien und Erfolgen, aber auch Grenzen und moeglichen Erweiterungen des Standardmodells

sowie einen breiten Ueberblick ueber die aktuellen Themen, Experimente und Ergebnisse der modernen Teilchenphysik mit Schwergewicht auf

- aktuellen Themen und Ergebnisse der LHC-Experimente bei den hoechsten Energien,
- Entdeckung des Higgs-Bosons und Messungen seiner Eigenschaften
- Messungen der CP-Symmetrieverletzung in B-Mesonzerfaellen und Suche nach seltenen Zerfaellen an B-Mesonfabriken und am LHC,
- Messungen der Neutrino-Oszillationen und Neutrinomassen,
- Suche nach neuen Phaenomenen jenseits des Standardmodells: Grosse Vereinheitlichung aller  Wechselwirkungen, supersymmetrische Teilchen, Dunkle Materie,
- Konzepte und Funktionsweise moderner Experimente der Teilchenphysik.

Voraussetzungen

Keine weiteren Voraussetzungen, die ueber die Zulassung zum Masterstudium hinausgehen.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 2 Tests des Standardmodells der Teilchenphysik 2 Zinonos, Z. Do, 14:00–16:00, PH 2271
sowie einzelne oder verschobene Termine
UE 2 Übung zu Tests des Standardmodells der Teilchenphysik 2 Rieck, P.
Leitung/Koordination: Kroha, H.
Termine in Gruppen

Lern- und Lehrmethoden

In der  Vorlesung werden die Lerninhalte nach Themen strukturiert präsentiert. Dabei werden die  grundlegenden Konzepte des Standardmodells der Teilchenphysik vermittelt und die bedeutendsten experimentellen Untersuchungen der theoretischen Vorhersagen bis hin zu den modernsten Experimenten und Messergebnissen erläutert. Auf die Diskussion der Erkenntnisse mit den Studierenden wird besonderer Wert gelegt, um das Verständnis der logischen Zusammenhänge der Theorie und des Wechselspiels mit den experimentellen Tests zu vertiefen. 

In den Übungen werden anhand von Problembeispielen die Lerninhalte vertieft und eingeübt, so dass die Studierenden das Gelernte selbständig erklären und anwenden können.

Medienformen

Vorlesung mit integrierten Übungen, Skript, Übungen optional zur Vertiefung und Verbreiterung der erlernten  Inhalte (2SWS).  Das Skript wird zur Vorlesung verteilt.

Literatur

  • B. Povh, K. Rith, Ch. Scholz, F. Zetsche: Teilchen und Kerne, Springer, 1997.
  • Ch. Berger: Elementarteilchenphysik, Springer, 2002.
  • P. Schmueser: Feynmangraphen und Eichtheorien fuer Experimentalphysiker, Springer, 1995.
  • I. J. R. Aitchison, A. J. G. Hey: Gauge Theories in Particle Physics, Vol. 1, Institute of Physics Publishing, 2002.
  • W. Greiner, B. Mueller: Quantum Mechanics - Symmetries, Springer, 2. Auflage, 1994.
  • CERN yellow reports, European Particle Physics School Lecture Notes (www.cern.ch)

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Es findet eine mündliche Prüfung von etwa 30 Minuten Dauer statt. Darin wird das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe exemplarisch durch Verständnisfragen, Diskussionen anhand von Skizzen und einfachen Formeln überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

  • Was sind die Observablen, die mit hoher Präzision bei Elektron-Positron-Kollisionen in der Z-Resonanz gemessen werden können?
  • Wie ist die Masse des Higgs-Bosons mit dem Standardmodell verbunden?
  • Erklären Sie den Ursprung der CP-Symmetrieverletzung.
  • Wie kann die Verletzung der CP-Symmetrie mit Hilfe des B-Meson Zerfalls gemessen werden?
  • Wie können wir feststellen, dass Neutrinos Masse besitzen?
  • Wie wurden Neutrino-Oszillationen zuerst entdeckt?
  • Geben Sie Beispiele für weitere offene Fragen, die das Standardmodell aufwirft.
  • Geben Sie Beispiele für die Erweiterungen des Standardmodells.

Die Teilnahme am Übungsbetrieb wird dringend empfohlen, da die Übungsaufgaben auf die in der Modulprüfung abgefragten Problemstellungen vorbereiten und somit die spezifischen Kompetenzen eingeübt werden.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

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