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Standardmodell XI.

Experimenteller Teil 2

Sommersemester 2009

Vorlesung SE2/103 Mo 4. DS = 13.00 - 14.30Übung SE2/102 Mo 5. DS = 14.50 - 16.20 (ungerade Wochen)

http://iktp.tu-dresden.de/Lehre/SS2009/SM

Prof. D. Stöckinger ASB E21 Tel. 463 42248 Jun. Prof. A. Straessner ASB 426/428 Tel. 463 34089

Standardmodell - SS 2009

Vorlesungsprogramm

2Standardmodell - SS 2009

• Stand nach Theorie (VL 1-3): • Eichkopplungen, Ww. von Eichbosonen, Ww. von linkshändigen Fermionen mit

Eichbosonen

• VL4: Schwache Zerfälle bei niedrigen Energien• Myon-Zerfall , GF bei FAST, Michel-Parameter von Myon und Tau (V-A),

Neutrinohelizität, Pion-Zerfall, Cabibbo-Winkel, Pion-Zerfallskonstante, Paritätsverletzung, beta-Zerfall, Mainz-Experiment, e-Neutrinomasse

• VL5: Neutraler Strom und Neutrino-Nukleonstreuung• vN-Streuung, Entdeckung der NC, anti-vN-Streuung, NC/CC, Paschos-Wolfenstein-

Relation, ρ-Parameter, sinθw bei NuTeV

• VL6: Physik der W- und Z- Bosonen• ep bei Hera, Vereinheitlichung der schwachen Ww. bei hohen Energien, Entdeckung

von W/Z in pp-Kollisionen

• VL7: Messung der Fermion- und Eichbosonkopplungen• BR(W), Z bei LEP Teil 1: Wq, BR, Zahl Neutrinos, Asymmetrie der Z-Zerfälle, sinθw-

Messungen, TGCs/QGCs bei LEP2/Tevatron

Vorlesungsprogramm

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• Theorie (VL 8-10): • Massive Eichbosonen, ρ-Parameter, Higgsmechanismus, massive Fermionen

• VL11: Analyse des Standardmodells und Higgs-Physik• Präzisionsmessungen von Standardmodellparametern, LEP-Energiekalibration, W-

Masse, top-Zerfall, top-Masse, Relationen der Parameter des Standardmodells, Strahlungskorrekturen, EW-Fit, Higgs-Suche

• VL12: Higgs- und Standardmodell-Physik an Hadronkollidern• Higgs-Suche und Elektroschwache-Physik am Tevatron und LHC

• VL13: Symmetrien und C/P/CP-Verletzung• schw. WW. von Quarks: CKM-Matrix, C/P/CP-Verletzung, Neutrino-Oszillationen• -> Ausblick: BSM

Präzisionsmessungen im Standardmodell

4Standardmodell - SS 2009

Gμ

Präzisionsmessungen im Standardmodell

5Standardmodell - SS 2009

Präzisionsmessungen im Standardmodell

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Experimementell bestimmt werden:• schwache Mischungswinkel u.a. aus Zerfalls-Asymmetrien des Z-Bosons• Fermi-Konstante GF aus der Myon-Lebensdauer• die e.m. Kopplung α aus anom. magnetischen Moment des Elektrons• Z-Masse bei LEP• W-Masse bei LEP und am Tevatron

Messung der W-Boson-Masse bei LEP

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• Bei LEP: aus Analyse der Zerfallsprodukte und 4er-Impulserhaltung:

• W-Masse wird durch Anpassung der Simulationsrechung andas gemessene Spektrum bestimmt:

Näherung f. kleine Leptonmasse:

da man nur transversalen, fehlenden Impuls messen kann:

Extraktion der W-Masse durch Anpassung von MC an pT

und mT Spektrum. LEP und Tevatron kombiniert liefern:

Messung der W-Boson-Masse am Tevatron

8Standardmodell - SS 2009

• Am Tevatron: Proton-Antiproton-Collider• W-Massenbestimmung wie bei der Entdeckung des W-Bosons• pT-Spektrum des Leptons und Transversale Masse

Z-Parameter aus „Lineshape“

9Standardmodell - SS 2009

Z-Parameter aus „Lineshape“

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LEP-Energiekalibration

11Standardmodell - SS 2009

Z-Masse aus Linienform als Funktion der Schwerpunksenergie → genaueste Messungder Strahlenergie ist wichtig:

Sokolov & TernovDokl. Akad. Nauk SSSR 153 (1963)

LEP-Energiekalibration

12Standardmodell - SS 2009

• Problem– Verformung des LEP-Rings durch

• Wasserstand des Genfer Sees

• Temperatur

• Mond…

Messung der verschienen Effekte→ Korrektur mit kleinem Fehler

LEP-Energiekalibration

13Standardmodell - SS 2009

LEP-Energiekalibration

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Z-Parameter aus „Lineshape“

15Standardmodell - SS 2009

Bei dieser Genauigkeit sind Strahlungskorrekturen wichtig!

Wert ± Fehler syst. Fehler

Strahlungskorrekturen der QED

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• Abstrahlung von reellen (messbaren) Photonen im Anfangs- und Endzustand, sowievirtuelle Beiträge:

reellePhotonenim Endzu-stand

virtuell

reellePhotonenim Anfangs-zustand:

falls Photonenentlang derStrahlachse

Photonabstrahlung im Anfangszustand

17Standardmodell - SS 2009

p(e+)

p’(e+)

p(e-)=p’(e-)

pγ

QED Strahlungskorrekturen der Z-“Lineshape“

18Standardmodell - SS 2009

Sichtbarer Effekt der Faltungmit dem Photon-Spektrum:Der Wirkungsquerschnitt “sieht”auch die Beiträge unterhalb dereigentlichen Schwerpunktsenergie

QED Strahlungskorrekturen bei AFB

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auch hier sind QED-Effekte sichtbar

Elektroschwache Strahlungskorrekturen

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• Strahlungskorrekturen beruhen auf theoretischen Rechnungen höherer Ordnung• Die messbaren, endlichen Observablen ergeben sich nach Renormierung

→ Behandlung von Divergenzen• Der theoretisch vorhergesagte Wert der Messgrössen hängt von der Energieskala ab

→ z.B. laufenden Kopplung α(q2) wegen Vakuumpolarisation im Photonaustausch:

Elektroschwache Strahlungskorrekturen

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• auch W- und Z-Propagator haben solche Korrekturen:

Vertexkorrekturen

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• zum Beispiel:

• insgesamt:

Elektroschwache Korrekturen

23Standardmodell - SS 2009

cAf

cVf