Universität Karlsruhe

Institut für Experimentelle Kernphysik (EKP)

Teilchenphysik I

im Wintersemester 2012/2013



  Dozenten: Prof. Dr. Thomas Müller , Dr. Jeannine Wagner-Kuhr     (EKP)

Übungen: Dr. Thorsten Chwalek, Dr. Hauke Held, Steffen Roecker , Dr. Jeannine Wagner-Kuhr


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Aktuelle Neuigkeiten:

  • (08.02.2013) Folien der 21. und 22. Vorlesung sind online (siehe unten).
  • (01.02.2013) Präsentationen der Übungsaufgaben sind online (siehe unten)
  • (10.01.2013) PRAESENTATION der Ergebnisse am FREITAG, 1.2.2013 um 9:45 Uhr im Lehmann-HS (die Übung am 31.1.2013 fällt dafür aus)
  • (18.12.2012) Top-Analyse Aufgabenblatt ist online (siehe unten)

Zusammenfassung

Die Elementarteilchenphysik befasst sich mit den fundamentalen Teilchen und Kräften im Universum. Die Vorlesung führt in die aktuellen Erkenntnisse und Messmethoden der experimentellen Elementarteilchenphysik ein. Praktische Übungen vermitteln Einblicke in moderne Techniken der Monte-Carlo-Simulation und Datenanalyse und in die Entwicklung von Siliziumdetektoren für die Elementarteilchenphysik. Diese Vorlesung aus dem Themenfeld "Experimentelle Teilchenphysik" richtet sich an fortgeschrittene Studierende im Masterstudiengang Physik. Vorkenntnisse aus der Vorlesung Moderne Experimentalphysik III (Kerne und Teilchen) werden vorausgesetzt. Vorkenntnisse aus der Vorlesung Rechneranwendungen sind wünschenswert.

Vorlesung und Uebungen geben zusammen 8 ECTS-Punkte und können entweder für das physikalische Schwerpunktsfach oder für das physikalische Ergänzungsfach verwendet werden.

Leistungsnachweis (8 ECTS Punkte):

  • Testate von 2/3 der Übungsprojekte (dh. Vorführen und Erklären der jeweiligen ROOT-Macros)
  • Kurzvortrag zu einem der Übungsprojekte

    Termine und Orte

    Vorlesung - Zeit:
  • Montags: 14:00 - 15:30 Uhr
  • Freitags: 9:45 - 11:15 Uhr (14 täglich)
    Vorlesung - Ort: Lehman Hörsaal (Gebäude 30.22, Raum 022)

    Praktische Übungen: Donnerstags, 14:00 - 15:30, im Raum FE/6 des Gebäudes 30.22 (Physik-Flachbau)


    Vorlesung

    Literatur:
    • C. Berger: Elementarteilchenphysik
    • D. Griffith: Introduction to Elementary Particles
    • A. Bettini: Introduction to Elementary Particle Physics
    • P. Schmüser: Feynman-Graphen und Eichtheorien für Experimentalphysiker
    • Teilchenphysik I (U. Husemann, J. Wagner-Kuhr, WS2011/2012)

    Grundlagen:

    Inhalt und Folien:

    VL
    Datum
    Thema
    Dozent
    1. Grundbegriffe der Elementarteilchenphysik
      1.
    15.10.
       Organisatorisches und Einführung       Th. Müller
      2.
    19.10.
       Teilchenzoo, Fundamentale Kräfte, Symmetrien       J. Wagner-Kuhr
      3.
    22.10.
       Theoretische Grundlagen       J. Wagner-Kuhr
    2. Beschleuniger und Detektoren
      4.
    26.10.
       Teilchenbeschleuniger I       J. Wagner-Kuhr
      5.
    29.10.
       Teilchenbeschleuniger II       J. Wagner-Kuhr
      6.
    05.11.
       Wechselwirkung von Strahlung mit Materie       Th. Müller
      7.
    09.11.
       Teilchendetektoren I       Th. Müller
      8.
    12.11.
       Teilchendetektoren II       Th. Müller
    3. Das Standard Modell
      9.
    19.11.
       Schwache Wechselwirkung       Th. Müller
      10.
    26.11.
       Elektroschwache Theorie und Higgs-Mechanismus       J. Wagner-Kuhr
      11.
    03.12.
       Experimentelle Tests der elektroschwachen Theorie       J. Wagner-Kuhr   / T.Kuhr
      12.
    07.12.
       Quantenchromodynamik       J. Wagner-Kuhr   / Th. Müller
      13.
    10.12.
       Tiefinelastische Streuung, Strukturfunktionen       J. Wagner-Kuhr   / T.Kuhr
    4. Flavour-Physik
      14.
    17.12.
       Flavour-Physik I       J. Wagner-Kuhr   / Th.Müller
      15.
    21.12.
       Flavour-Physik II       J. Wagner-Kuhr   / T. Kuhr
    5. High Pt Physik
      16.
    07.01.
       Jets, W/Z an Hadron Collidern       Th. Müller
      17.
    11.01.
       Top-Physik       Th. Müller
      20.
    25.01.
       Higgs Physik       Th. Müller
    6. Neutrino-Physik
      18.
    14.01.
       Neutrinos I       T. Kuhr
      19.
    19.01.
       Neutrinos II: File 1 , File 2       T. Kuhr
    7. Jenseits des SM - SUSY
      21.+22.
    28.01.
       Jenseits des SM - SUSY       W. de Boer

    Praktische Übungen

    Übungsplan (Computerpraktikum):
  • Einführung in Unix, C++ und ROOT
  • Detektorsimulation mit Geant4
  • Ereignisgenerierung mit MadGraph
  • D-Meson-Analyse mit LEP-Daten
  • Top-Quark-Analyse
  • Präsentation der Ergebnisse

    Übungsplan (Hardwarepraktikum): Tests von Silizumdetektoren am Campus Nord.

  • Gruppe A: 4.12. und 6.12.: Simon Kudella, Jan Oertlin, Daniela Mockler, Johanna Lapp, Alexander Wlotzka, Hendrik Seitz, Sebastian Mirz, Maximilian Loeschner, Patrick Hetzel, Daniel Rauch, Robin Lorenz
  • Gruppe B: 11.12. und 13.12.: Joachim Debatim, Marco Harrendorf, Matthias Schnepf, Christoph Heidecker, Thomas Keck, Manuel Klein, Benjamin Treiber, Jan Homberg, Christoph Haussecker
  • Gruppe C: 18.12. und 20.12.: Tobias Pfotzer, Paul Schütze, Anne Schütz, Daniel Schell, Johannes Weis, Rosemarie Bentele, Anton Huber, Moritz Hackenjos, Sylvia Ebenhöch, Christian Metzlaff, Florian Müller
  • Die Übungen finden von 13.00 Uhr bis 17.00 Uhr statt. Genauere Information gibt es auf dem Aufgabenblatt: HW-Praktikum: Arbeitsblatt und Infos. Die Gruppen, die gerade nicht am Campus Nord sind haben ganz normal Computerpraktikum

    Virtuelle Maschine
    Um die Übungen auch auf dem eigenen PC ausführen zu können, steht eine virtuelle Maschine zum Download bereit: VM. Startpunkt für die Installation ist die Datei vmroot2012.help . Auf dieser Maschine sind Software-Pakete wie Latex, LibreOffice und Root bereits vorinstalliert. Weitere Pakete wie MadGraph und Geant4 werden rechtzeitig zur Verfügung gestellt.

    Übungsblätter

  • Einführung in das Praktikum
    1. Einführung (18.10. und 25.10.)
    2. GEANT (8.11. und 15.11.)
        Um diese Aufgaben auf Ihrer virtuellem Maschine durchführen zu können, muss zunächst Geant4 installiert werden. Laden Sie dazu bitte die beiden tar-balls (GEANT_CODE und geant4_tutorial) in Ihr home-Verzeichnis und entpacken Sie diese.
        Um einen reibungslosen Ablauf zu gewährleisten, müssen nun diese beiden links angelegt werden:

        sudo ln -s /lib/i386-linux-gnu/libcrypto.so.1.0.0 /lib/i386-linux-gnu/libcrypto.so.6
        sudo ln -s /lib/i386-linux-gnu/libssl.so.1.0.0 /lib/i386-linux-gnu/libssl.so.6

        Gehen Sie bitte in das Verzeichnis geant4_tutorial und setzen Sie die Umgebungsvariablen auf:

        cd geant4_tutorial
        source setup.sh

        Der Rest ist dann identisch mit der Beschreibung im Übungsblatt.

        Um die Aufgaben im Poolraum bearbeiten zu können, folgen Sie bitte den Anweisungen im Übungsblatt ohne die beiden tar-balls herunterzuladen!

        WICHTIG: Um die Testate für die Geant4 Aufgaben zu bekommen, ist es auch ausreichend, alle Aufgaben (Part 1 und Part 2) am 2. Termin (15.11.) vorzuführen!

      • Geant4, Part 1
      • Geant4, Part 2
        Für Part 2 werden zusätzliche Pakete benötigt. Folgen Sie hierzu bitte den Anweisungen im Arbeitsblatt Part 2 (beachten Sie die unterschiedlichen Anleitungen für Installation auf Pool-Raum-Rechnern und auf der Virtuellen Maschine). Verwenden Sie bitte die Version des Aufgabenblattes vom 12.11.2012 - diese ist um eine Aufgabe kürzer als die Version von Freitag, 9.11.2012.

    3. MadGraph (22.11. und 29.11.) Wenn Sie die Aufgaben auf der virtuellen Machine lösen möchten, laden Sie bitte diesen tar-ball herunter und folgen SIe dann den Anweisungen im Arbeitsblatt: MadGraph5_Tutorial_32.tar.gz


    4. D-Mesonen (6.12., 13.12. und 20.12.) und HW-Praktikum (4. und 6.12 ; 11. und 13.12. oder 18. und 20.12.)
    5. Top-Quark-Analyse (10.1., 17.1. und 24.1.)
    6. Präsentation der Ergebnisse (Freitag, 1.2.2013, 9:45 Uhr)
        Bitte bringen Sie die Präsentationen im pdf-Format auf USB-stick mit.
      • Geant: Paul Schütze, Anne Schütz, Daniel Schell.
      • MadGraph: Alexander Wlotzka, Maximilian Löschner, Daniel Rauch, Robin Lorenz.
      • D-Mesonen: Joachim Debatin, Marco Harrendorf, Thomas Keck, Sylvia Ebenhöch, Jan Homberg.
      • Hardware 1 (Siliziumchips): Johannes Weis, Anton Huber, Moritz Hackenjos, Florian Müller
      • Hardware 2 (Labview): Simon Kudella, Hendrik Seitz, Sebastian Mirz
      • Top-Analyse: Matthias Schnepf, Christop Heidecker, Tobias Pfotzer





      Nützliche Links zu weiterführender Dokumentation
      ROOT:
      C/C++:
      Geant / Monte Carlo:



      by Dr. Jeannine Wagner-Kuhr