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3. Dezember 2013

Fotograf: Dieter Arbeiter

Das Hands-On Science Center EXPI in Gotschuchen bei St.Margareten im Rosental (Betreiber Samo Kupper: "Verein Science Center") veranstaltete am 21. November seinen jährlichen Tag der offenen Tür, zu dem sich an die hundert interessierte Besucher eingefunden hatten.

Im sehr gut besuchten Vortragssaal hielt Professor Winfried Kernbichler von der TU Graz einen populärwissenschaftlichen Vortrag mit dem Titel "Energie aus Kernfusion". An den Vortrag schloss sich eine lebhafte Diskussion auf erfreulich hohem Niveau an. Nach einer kurzen Unterbrechung wurden dem Publikum einige Neuigkeiten vorgestellt, unter anderem eine Nebelkammer zur Sichtbarmachung von Zerfällen von Atomen radioaktiver Gase. Gezeigt wurde auch eine Funkenkammer, in der die Flugbahnen von kosmischen Müonen (den Endprodukten der Reaktionen kosmischer Strahlen in der Atmosphäre) sichtbar gemacht werden, sowie einige Ausstellungsstücke, die die Funktionsweise des LHC-Beschleunigers im CERN veranschaulichen, an dem kürzlich der Nachweis des Higgs-Boson gelungen ist. Diese Entdeckung war ausschlaggebend für die Zuerkennung des Physiknobelpreises 2013 an F. Englert und P. Higgs. Vor diesen neuen Ausstellungsstücken versammelten sich zahlreiche Interessierte, die viele Fragen an die Experten hatten. Einer der Experten, der für Fragen zu Verfügung standen, war Jožko Strauss vom Institut für Hochenergiephysik.

2. November 2013

Chiara Mariotti im Festsaal der TU

Vor wenigen Wochen hatte sich die Königliche Schwedische Akademie der Wissenschaften entschieden, den heurigen Nobelpreis für Physik an Peter Higgs und François Englert zu verleihen. In ihrem Seminar „How we found the Higgs Boson“ hat uns unsere Kollegin Chiara Mariotti von der Universität Turin an die aufregenden Tage der Entdeckung erinnert.

Die theoretischen Physiker Higgs und Englert bekamen den Preis für die Erklärung, wie Elementarteilchen Masse erhalten. Entscheidend für die Zuerkennung des Preises war die Entdeckung des vorhergesagten Teilchens, des sogenannten Higgs-Bosons, durch die Experimente ATLAS und CMS. Das Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften ist Gründungsmitglied der CMS Kollaboration. Es hat wichtige Beiträge im Bereich der Hardware, der Software und  der Analyse der Daten geleistet.

 Chiara Mariotti, die schon vor etlichen Jahren mit Kollegen unseres Instituts im Rahmen des DELPHI-Experiments zusammengearbeitet hatte, war als Koordinatorin einer Arbeitsgruppe unmittelbar an der Suche nach dem Higgs-Boson beteiligt. In lebendiger und anschaulicher Weise berichtete sie von dem Moment, als die beteiligten Physiker zum ersten Mal das Signal des neuen Teilchens beobachten konnten.

 Vertreter des Rektorats der Technischen Universität, des Präsidiums der Akademie der Wissenschaften und des Wissenschaftsministeriums würdigten in Ihrer Begrüßung die Entdeckung. Sie verwiesen auch auf den Antritt des neuen HEPHY Direktors, Jochen Schieck, und den daraus folgenden Perspektiven für die experimentelle Teilchenphysik in Österreich.

 Zahlreiche Gäste konnten den Erklärungen der Vortragenden im Festsaal der TU Wien folgen. Besonders freute uns, dass wir bei dem Seminar auch Vertreter der schweizerischen und der italienischen Botschaft begrüßen durften. Die französische Botschaft hatte ebenfalls Grüße übersandt.

8. Oktober 2013

Prof. Peter Higgs vor dem CMS-Experiment (Quelle: CERN)

Das Institut für Hochenergiephysik (HEPHY) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften gratuliert den zwei Teilchenphysikern François Englert und Peter Higgs zum Physiknobelpreis 2013. Peter Higgs und François Englert haben mit dem 2011 verstorbenen Robert Brout die sogenannte „Brout-Englert-Higgs”-Theorie entwickelt.

Im Rahmen dieser Theorie wird ein neues Teilchen postuliert, das sogenannte Higgs-Teilchen. Dieses Teilchen ist ein Nachweis für das Higgs-Feld, das den Elementarteilchen ihre Masse verleiht und damit wichtige Informationen über den Aufbau und die Entwicklung unseres Universums liefert.

Die Entdeckung des Higgs-Teilchens am Large Hadron Collider (LHC) des CERN (Europäische Labor für Teilchenphysik) wurde im Juli 2012 bekanntgegeben. Es wurde dabei zeitgleich von den beiden Experimenten ATLAS und CMS nachgewiesen.

Die Mitarbeiter des HEPHY sind stolz darauf, mit ihrem Beitrag zum CMS (Compact Muon Solenoid) Experiment direkt zum Nachweis des Higgs-Bosons beigetragen zu haben. Wie in der Begründung des Nobelpreiskomitees ausgeführt, wurde mit der Entdeckung des Higgs-Teilchens der experimentelle Beweis für die „Brout-Englert-Higgs“-Theorie erbracht. Mit seinem Forschungsprogramm hat das HEPHY damit zum dritten Mal innerhalb von 30 Jahren zu Experimenten beigetragen, die zur Vergabe von Nobelpreisen für Physik geführt haben.  

1984 wurde der Nobelpreis dem Leiter des Experimentes UA1, Carlo Rubbia, für seine Beiträge zur Entdeckung der W- und Z-Bosonen, den Vermittlern der schwachen Kraft, verliehen. 2008 erhielten M. Kobayashi und T. Maskawa den Nobelpreis für die theoretischen Vorhersagen zur CP-Verletzung im Standardmodell der Teilchenphysik. Der Beweis dieser Theorie gelang den Experimenten Belle und BaBar in den Jahren zuvor. In allen Fällen - UA1, Belle und CMS - hat das HEPHY zentrale Komponenten des Detektors gebaut und war an vorderster Front an der Analyse der Daten beteiligt.  

Der LHC-Beschleuniger und das CMS-Experiment werden derzeit auf eine neue Experimentierphase vorbereitet. Ab 2015 soll eine höhere Kollisionsenergie und eine größere Intensität die detaillierte Vermessung der Eigenschaften des Higgs-Teilchens ermöglichen.  

Mehr Informationen zum Higgs-Boson finden sie unter http://www.hephy.at/physik/das-higgs-boson/

Weitere Informationen zum Nobelpreis finden Sie unter: http://www.nobelprize.org/  

Veranstaltungen zu diesem aktuellen Thema:

31. Oktober 2013: Vortrag „How we discovered the Higgs-Boson“ von Chiara Mariotti, TU Wien, Festsaal, Karlsplatz 13, 1040 Wien. Chiara Mariotti war als Koordinatorin der CMS Physik-Analyse-Gruppe für die Kombination der Resultate der verschiedenen Zerfallskanäle des Higgs-Bosons in verantwortlicher Position direkt an der Entdeckung des neuen Teilchens beteiligt. Sie forscht seit vielen Jahren am CERN auf dem Gebiet der Phänomenologie des Standardmodells.

25. November 2013: Vortrag „The Higgs-Boson and our life” von Fabiola Gianotti (CERN), Smart Lecture, CeMM, Lazarettgasse 14, 1090 Wien. Fabiola Gianotti, eine italienische Physikerin am CERN, hat von 1999 bis 2012, zunächst als Physikkoordinatorin, später als Leiterin des Experiments das Physikprogramm der ATLAS Kollaboration geprägt. Für Ihren Beitrag an der Entdeckung des Higgs-Bosons wurde sie mit dem Speziellen Preis für fundamentale Physik ("Milner-Preis") ausgezeichnet. In der breiten Öffentlichkeit wurde sie auch als Finalistin bei der Wahl der Person des Jahres des Time Magazins bekannt. Dieses Event wird von Giulio Superti-Furga, CeMM Research Center for Molecular Medicine of the Austrian Academy of Sciences, veranstaltet. Registierung unter lecture@cemm.at. Mehr Informationen finden Sie unter www.cemm.at.

10. Dezember 2013: OPEN DAY am Institut für Hochenergiephysik, Nikolsdorfer Gasse 18, 1050 Wien. Anlass ist die Verleihung des Physiknobelpreises.

4. April 2014: 60 Jahre CERN Jubiläum/Lange Nacht der Forschung, Aula der Wissenschaften, Wollzeile 27a, 1010 Wien

2. September 2013

Nachdem Japan sein Interesse an der Errichtung des „International Linear Collider“ (ILC) bekundet hatte, war der nächste Schritt die Auswahl eines Standortes in Japan. Am 23. August wurde im Rahmen einer Pressekonferenz an der Universität Tokio die Entscheidung des hochrangig besetzten Standortkomitees verkündet: Japan wird den ILC in den Kitakami-Bergen in den Präfekturen Iwate und Miyagi errichten.

Neben Kitakami im Nordosten der Japanischen Hauptinsel Honshu war zuletzt noch Sefuri in Kyushu, im Südwesten des Landes im Rennen. In die Bewertung der Standorte flossen Kriterien wie der geologische Zustand, die Umweltverträglichkeit, mögliche Probleme während der Errichtung sowie die soziale Infrastruktur der möglichen Standorte ein.  

Der ILC ist das nächste internationale Großprojekt der Teilchenphysik, das in der ersten Ausbaustufe die Eigenschaften des am LHC entdeckten Higgs-Bosons mit hoher Genauigkeit bestimmen wird. Der ILC kann auch nach neuen Partnern des Higgs-Bosons sowie nach Prozessen, in denen Dunkle Materie entsteht, suchen. Das Wiener Institut für Hochenergiephysik ist an einem der beiden ILC-Experimente, dem „International Large Detector“ (ILD), beteiligt und liefert Beiträge zur Spur- und Vertexrekonstruktion sowie zur Entwicklung des Siliziumstreifendetektors.

Weitere Informationen finden Sie unter: http://www.symmetrymagazine.org/article/june-2013/the-ilc-through-two-lenses

19. August 2013

Patrick Schrempf mit dem von ihm erstellten HEPHY-iBook

Ab sofort gibt es alle Informationen rund um das Institut für Hochenergiephysik auch als iBook zum kostenlosen Download. Das neue Medium erweitert die klassische (gedruckte) HEPHY-Broschüre um interaktive und aktualisierte Inhalte.

Patrick Schrempf, ein Schüler der AHS Theodor-Kramer-Straße in Wien, hat sich bei einem Praktikum am Institut für Hochenergiephysik mit der Forschung auf dem Gebiet der Teilchenphysik beschäftigt. Sein besonderes Interesse gilt dem Thema „Dunkle Materie“. Mit diesem Thema hat er sich schon im  Physikunterricht an der Schule beschäftigt und den Stand der Forschung in seiner Facharbeit beschrieben. Es ist denkbar, dass im Universum  mehr als fünfmal so viel Dunkle Materie existiert wie die schon bekannte normale Materie. Der direkte Nachweis wäre ein wichtiger Schritt im Verständnis des Aufbaus des Universums und könnte am Large Hadron Collider (LHC) des CERN gelingen.

 

Am HEPHY hat Patrick seine Computerkenntnisse genutzt, um die Forschung des Institutes für Hochenergiephysik in einem iBook auf einem iPad darzustellen. Es werden die aktuellen Forschungsarbeiten des Institutes an den Beschleunigern LHC am CERN und KEKB/Belle am KEK in Japan  beschrieben. Das iPad ermöglicht es auf innovative Art und Weise, die physikalischen und technologischen Beschreibungen durch interaktive Elemente – etwa Filme und Animationen - zu ergänzen. Das neue iBook ist im iTunes-Store frei erhältlich.

 

Patrick über seine Arbeit: „Bei meinem Praktikum konnte ich einen Einblick in aktuelle Forschungsvorhaben gewinnen. Das hat mich bestätigt, mein Studium in einem wissenschaftlichen und technischen Fach zu machen. Ich werde im nächsten Jahr voraussichtlich an der Universität von St. Andrews in Schottland Physik und Informatik studieren.“

 

Download-Link HEPHY-iBook (kostenlos)

22. Juli 2013

Wissenschaftler der CMS-Kollaboration vor einem Foto des CMS Detektors in Originalgröße (Foto: Michael Hoch)

Die CMS- und ATLAS-Kollaborationen wurden am 22. Juli 2013 für die Entdeckung des lange gesuchten Higgs-Bosons, welches von der Brout-Englert-Higgs Theorie vorhergesagt wurde, mit dem „High Energy and Particle Physics“ Preis 2013 der Europäischen Physikalischen Gesellschaft (EPS) ausgezeichnet.

Die Preisverleihung findet in Stockholm bei der „European Physical Society´s High Energy Physics Conference 2013 (EPS-HEP 2013)“ statt. Im Zuge der EPS-HEP, der größten internationalen Konferenz auf dem Gebiet der Teilchenphysik in 2013, werden die neuesten Ergebnisse der Teilchenphysik-Experimente präsentiert und neue theoretische Erkenntnisse diskutiert.

Den Preis erhalten die beiden Kollaborationen und die Gründerväter der zwei Experimente Peter Jenni (Universität Freiburg/DE und CERN/CH) vom ATLAS-Experiment und Michel Della Negra (Imperial College London/UK) und Tejinder Virdee (Imperial College London/UK) vom CMS-Experiment.

Die Pionierarbeit dieser herausragenden Führungspersönlichkeiten P. Jenni, M. Della Negra und T. Virdee war maßgebend für Entwurf und Bau der Teilchendetektoren, deren Umsetzung mit Hilfe von über 3.000 engagierten Teilchenphysikern, Ingenieuren und Technikern je Experiment verwirklicht werden konnte. Die Voraussetzung für diese Teilchendetektoren, die kompliziertesten und größten, die bisher gebaut wurden, war die Entwicklung von neuen Spitzentechnologien sowie leistungsfähigen Computersystemen. Zu diesen Technologien hat das Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (HEPHY), Gründungsmitglied der CMS Kollaboration, wesentliche Beiträge geliefert. Seit 2010 ist die einzigartige Maschine, der Large Hadron Collider (LHC), am CERN in Betrieb und produziert Teilchenkollisionen bei den weltweit höchsten Energien. Für die Suche nach dem Higgs-Boson, dem letzten fehlenden Teilchen des sogenannten Standardmodells der Teilchenphysik, wie von Robert Brout, François Englert, Peter Higgs und anderen vor 50 Jahren vorhergesagt, verarbeiten und analysieren die Teams von ATLAS und CMS die Signale von insgesamt über einer Million Milliarden Proton-Proton Kollisionen.  

Im Juli 2012 war es dann soweit: die ATLAS- und CMS-Kollaborationen verkündeten die Entdeckung eines neuen Teilchentyps, der sich fundamental von allen anderen Elementarteilchen unterscheidet. Diese Entdeckung kennzeichnete den Beginn einer neuen Ära in der Teilchenphysik.

19. Juli 2013

Darstellung der beobachteten Massenverteilung der Myonpaare (schwarze Punkte). Die Signale für B0- bzw. Bs werden durch die violetten bzw. roten Kurven gezeigt. Die strichlierten Linien entsprechen drei verschiedenen Beiträgen zum Untergrund und die blaue Linie zeigt die Summe der Komponenten. Die verschiedenen Kategorien von Ereignissen, die zu dieser Verteilung beitragen, wurden mit dem Verhältnis von Signal zur Summe aus Signal und Untergrund gewichtet.

Auf einer der wichtigsten internationalen Konferenzen zur Teilchenphysik gibt das CMS-Experiment heute die Messung eines sehr seltenen Zerfallsmodus von sogenannten Bs Mesonen bekannt. Von einer Milliarde dieser Mesonen, die aus einem Beauty- und einem Strange-Quark bestehen, zerfallen laut Vorhersage nur etwa 3 in ein Paar von Myonen (den schwereren Partnern der Elektronen).

Eine genaue Messung dieser Rate erlaubt Rückschlüsse auf neue Prozesse, die nicht durch das bekannte Standardmodell der Teilchenphysik beschrieben werden („Neue Physik“). Ein erster entscheidender Hinweis auf diese Zerfälle wurde vom LHCb-Experiment im November 2012 berichtet.

Die Wichtigkeit dieses Zerfallsmodus liegt präzise in seiner Seltenheit. Die relative Zerfallsrate kann im Rahmen des Standardmodells sehr genau vorhergesagt werden. Die Präsenz von bisher unbekannten Teilchen könnte deutliche Abweichungen von dieser Vorhersage bewirken und würde damit einen indirekten Beweis für Neue Physik liefern.  

Ermöglicht wurde die Messung durch die enorme Datenmenge, die in den letzten Jahren am „Large Hadron Collider“ am CERN erzeugt wurde. Das Triggersystem von CMS, dessen zentrale Komponenten am Institut für Hochenergiephysik gebaut wurden, filtert dabei in Echtzeit etwa 10 Kandidaten für solche Zerfälle pro Sekunde aus allen Kollisionen aus. Nach Speicherung dieser Daten können die Ereignisse genauer untersucht und der Untergrund durch Analyse der Eigenschaften der beiden Myonen weiter reduziert werden. Gleichzeitig muss die Gesamtzahl aller produzierten Bs-Mesonen bestimmt werden.  

Die Abbildung zeigt die Massenverteilung der Myonenpaare nach Abzug des Untergrunds und die Anteile der bereits erwähnten Bs-Mesonen sowie der B0-Mesonen, die analog aufgebaut sind, aber ein Down- statt eines Strange-Quarks enthalten. Die relative Zerfallsrate für die Bs-Mesonen wurde mit (3,0+1.0-0.9) x 10-9 gemessen und entspricht einer Wahrscheinlichkeit für eine zufällige Schwankung des Untergrunds von etwa 1:100000. Im Fall der B0-Mesonen wurde eine Obergrenze für die Zerfallsrate von 1.1 x 10–9 mit 95% statistischer Sicherheit bestimmt. Beide Werte sind mit den Vorhersagen des Standardmodells verträglich.  

Diese Resultate geben im Moment keine Hinweise auf neue, unbekannte Prozesse. Das derzeitige Standardmodell kann aber nicht vollständig sein. Es liefert z.B. keine Erklärung für die Dunkle Materie im Universum. Mit der neuen Datennahmeperiode ab 2015 wird sich die Messgenauigkeit von CMS für diesen Zerfall erhöhen. Dies wird einen genaueren Vergleich der Bs-Zerfallsrate mit den Vorhersagen ermöglichen und die B0-Zerfälle in den Bereich der Messbarkeit bringen. Die fast doppelt so hohe Strahlenergie wird aber vor allem auch neue Möglichkeiten für die direkte Suche nach Neuer Physik bieten.  

Weitere Informationen finden Sie unter: http://cms.web.cern.ch/news/very-rare-decay-has-been-seen-cms


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