Standardmodell (The Standard Model of Elementary Particle Physics)

Vorlesung 4st. + Übungen 1st. + Seminar 1st. (9 LP)

Modul Standardmodell der Elementarteilchenphysik im Masterstudiengang (Standard Model of Elementary Particle Physics, 2. Semester Masterstudium)

Zielgruppen: Studiengang Physik, Master of Science (auch Diplom, Promotion)

Ort/Zeit: SS 2017
erste Vorlesung Seminarraum 2 / Mo 15:15-16:45
Seminarraum 1 / Mi 13:30-15:00
Seminarraum 2 / (Do 9:15-10:45) ab 24.4.17: Mo 11:00-12:30

Übungen: Seminarraum 2 / Mo 15:00-15:45 (Übungsleiter N. Meinert)
Seminar: Seminarraum 2 / Mo 15:45-16:30

Leistungsnachweis: Klausur (120 Min) oder mündl. Prüfung (45 min)


Die Vorlesung richtet sich an Studenten, die eine Master-Arbeit in experimenteller Teilchenphysik durchführen wollen, aber auch an andere interessierte Physikstudenten, die mehr über Teilchenphysik lernen wollen. Schwerpunkt der Stoffauswahl ist die Thematik der Arbeitsgruppe Elementarteilchenphysik. Daneben werden wichtige aktuelle Themen der Teilchenphysik berücksichtigt.

Ergänzung bietet das fakultative Modul Quantenfeldtheorie (ab SS15 nicht mehr angeboten).

Vorkenntnisse aus der Bachelor-Vorlesung Experimentalphysik 6 (Teilchen-/Kernphysik) und fortgeschrittene Quantentheorie (Dirac-Gleichung, zweite Quantisierung, Störungsrechnung) werden vorausgesetzt. Hilfreich ist auch die fakultative Vorlesung Grundlegende Experimente der Teilchenphysik.


The lectures are addressed primarily to students who wish to do their master's thesis in experimental particle physics, but also to other interested students of physics. The focus of the selected material will be topics of the working group Elementarteilchenphysik. Also some important current topics of particle physics will be presented.

Prior knowledge from the Bachelor lectures Experimentalphysik 6 (particles and nuclei) and advanced quantum mechanics (Dirac equation, second quantization, perturbation theory) is assumed.

Inhalt (vorläufig)

1Einleitung
1.1 Überblick: Teilchen, Felder, Wechselwirkungen
2Theoretische Grundlagen
2.1 Poincaregruppe, Spin, Polarisation
2.2 Klein-Gordon-Gleichung
3 Quarkmodell und Symmetriegruppen
3.1 Strangeness, Teilchenzoo
3.2 SU(2), Spin und Isospin
3.3 Darstellungen, Young-Tableaux
3.4 Quarkmodell, SU(3), Symmetriebrechung
3.5 Schwere Quarks
3.6 exotische Hadronen
3.7 Nukleon-Struktur und Partonmodell
4Dirac-Theorie
4.1 Dirac-Gleichung, Fermionen, Spin
4.2 Transformationen: Boost, Rotation
4.3 Chiralität und Helizität
4.4 elektromagnetische Wechselwirkung
4.5 Proca-Gleichung
5Diskrete Symmetrien
5.1 C
5.2 P
5.3 T
5.4 CPT
5.5 G-Parität
5.6 Landau-Yang-Theorem
6QCD und QED
6.1 Yang-Mills-Theorie
6.2 Quantenchromodynamik (QCD)
6.3 SU(3) und Colour-Faktoren
6.4 QED
6.5 Feynmandiagramme, Wirkungsquerschnitt, Zerfallsrate
6.6 Beispielprozesse der QED
6.7 höhere Ordnungen, Renormierung, magn. Moment des Myons
6.8 Renormierung der QCD und Running Coupling Constant
7Schwache Wechselwirkung
7.1 Fermi-Theorie
7.2 Michel-Parameter
7.3 P-Verletzung
8Elektroschwache Wechselwirkung
8.1 Glashow-Salam-Weinberg-Modell
8.2 Z-Boson, neutrale Ströme
8.3 Higgs-Mechanismus und Higgs-Boson
8.4 Higgs und die Mischungsmatrizen
8.5 Entdeckung des Higgs-Bosons
9Quarkmischung, CP- und T-Verletzung
9.1 CKM-Matrix
9.2 Meson-Antimeson-Oszillation
9.3 CP-Verletzung, Zeitumkehr
9.4 Messung der CKM-Parameter
10Neutrino-Oszillationen und -Massen

Folien (alt): Teil 1, Teil 2, Teil 3, Teil 4, Teil 5, Teil 6, Teil 7, Teil 8,
neu: Teil 1, Teil 5, Teil 7, Teil 9, Teil 10

Skriptfragment: Version Apr 2017.

Übungsaufgaben / Exercises:

Lecture Notes on Flavour Oscillation and CP Violation Within the Standard Model (1999)
and on the Lorentz Structure of Tau Decays (1995)

Literatur:
C. Berger, Teilchenphysik - eine Einführung, Springer
C. Berger, Elementarteilchenphysik: Von den Grundlagen zu den modernen Experimenten, Springer (also available in English)
D. Griffiths, Einführung in die Elementarteilchenphysik, Akademie Verlag
D. Griffiths, Introduction to Elementary Particles, John Wiley & Sons
O. Nachtmann, Elementarteilchenphysik, Vieweg
O. Nachtmann, Elementary Particle Physics, Springer
Feldtheorie:
F. Halzen and A. D. Martin, Quarks and Leptons, John Wiley
M. E. Peskin and D. V. Schroeder, An Introduction to Quantum Field Theory, Addison Wesley
C. Itzykson and J. B. Zuber, Quantum Field Theory, McGraw Hill
S. Scherer, Symmetrien und Gruppen in der Teilchenphysik, Springer
Daten, Tabellen und Überblicksartikel:
Particle Data Group online und pdf-Files

Daten

Neutrino PMNS-Matrix

Roland Waldi, last update Jul 2017