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13. September 2012

Ein vom HEPHY in Zusammenarbeit mit Infineon entwickelter Teilchendetektor

Das Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (HEPHY) und Infineon Technologies sind eine Kooperation zur gemeinsamen Entwicklung von Siliziumdetektoren eingegangen, die in zukünftigen Experimenten an Teilchenbeschleunigern eingesetzt werden sollen.

Mit diesen Detektoren werden die Spuren von Teilchen, die z.B. bei Proton-Proton-Kollisionen entstehen, mit hoher Präzision gemessen. Solche Kollisionen werden derzeit im Large Hadron Collider (LHC) des Europäischen Labors für Teilchenphysik CERN erzeugt.

Diese Detektoren registrieren im Fall des CMS Experiments fast 40 Millionen Ereignisse pro Sekunde, jedes vergleichbar mit einem dreidimensionalen Foto, welches zur Identifizierung von Elementarteilchen benutzt wird, wie z.B. bei der kürzlich veröffentlichten Entdeckung eines neuen Teilchens mit den Eigenschaften des lang gesuchten Higgs-Bosons.

Das Institut für Hochenergiephysik arbeitet seit mehr als 10 Jahren an der Entwicklung von Siliziumdetektoren und deren Betrieb. Die jahrelange Erfahrung des HEPHY in diesem Bereich wurde nun genutzt, um gemeinsam mit dem etablierten Halbleiterhersteller Infineon solche Teilchendetektoren herzustellen. Infineon bringt dabei seine weltweit anerkannte Expertise in der Halbleiterfertigung in die Kooperation ein. 

„Die Zusammenarbeit startete bereits im Jahr 2009 mit einem Besuch einer Delegation des Wiener Instituts im Villacher Werk von Infineon. Nach einem dreijährigen Entwicklungsprozess hat Infineon nun Detektoren hergestellt, die bei CERN bereits auf großes Interesse gestoßen sind“ sagt Thomas Bergauer, Leiter dieses Projekts am HEPHY. 

Johannes Hacker von Infineon ergänzt: „Es freut uns, mit unserer Halbleiterkompetenz solch ein spannendes Experiment unterstützen zu dürfen. Durch den intensiven gemeinsamen Entwicklungsprozess verfügen wir nun über eine produktionsreife Fertigungstechnologie für solche Detektoren.“

Im Zuge der Projektzusammenarbeit finanziert Infineon auch Studierende, die im Rahmen ihrer Diplomarbeit sowohl das akademische Umfeld am Institut für Hochenergiephysik als auch die angewandte Forschung in einem internationalen Unternehmen wie Infineon kennen lernen.

12. September 2012

Ken Suzuki (SMI), Wolfgang Lucha (HEPHY), George Zweig, Herbert Pietschmann (Uni Wien), Christian Fabjan (HEPHY) [v.l.n.r.]

Einer der beiden Erfinder des Quark-Konzepts in der Teilchenphysik, Prof. George Zweig, besuchte das HEPHY und nahm an einem Mini-Seminar teil, wo er mit Mitarbeitern des HEPHY und des Stefan-Meyer-Instituts für subatomare Physik (SMI) den aktuellen Stand der Theorie von Glueballs und der Datenanalyse in der Teilchenphysik diskutierte.

Der US-Amerikaner George Zweig studierte an der University of Michigan und ging dann ans California Institute of Technology (Caltech) zu Richard Feynman. Als Doktoratsstudent postulierte er, dass Hadronen wie z.B. Protonen und Neutronen aus Konstituenten bestehen, welche er „aces“ nannte (nach den Assen im Kartenspiel, da er annahm, dass es davon vier geben könnte). Sein Landsmann Murray Gell-Mann entwickelte davon unabhängig ein ähnliches Modell, nannte diese Teilchen aber Quarks.

Obwohl Zweig dieses Modell als Erster bei Konferenzen präsentierte, erreichte er nie die gleiche Anerkennung wie Gell-Mann, welcher 1969 den Physik-Nobelpreis „für seine Beiträge und Entdeckungen betreffend der Klassifizierung der Elementarteilchen und deren Wechselwirkungen“ (laut Nobel-Komitee) erhielt. Das Quark-Modell war damals noch im Teststadium und wurde gerade erst in Streuexperimenten an Teilchenbeschleunigern getestet. George Zweig ging leer aus. Daraufhin wandte er sich der Neurobiologie zu, wo er die Entstehung von Nervenimpulsen durch den Schall im menschlichen Ohr untersuchte. Zweig arbeitete später bei privaten Firmen in den USA.

Bei dem Seminar am HEPHY wurde, nach einer Einleitung über Teilchenphysik in Österreich vom HEPHY-Direktor Prof. Christian Fabjan, der aktuelle Stand der Forschung über Glueballs von Wolfgang Lucha (HEPHY) und Ken Suzuki (SMI) berichtet. Glueballs sind hypothetische Elementarteilchen, die nur aus Gluonen bestehen, also den Vermittlern der starken Kraft, welche die Quarks zusammenhalten. Ein weiteres Diskussionsthema waren auch hypothetische Teilchen, welche aus mehreren Quarks bestehen, wie z.B. die Tetraquarks und Pentaquarks. Im Anschluss präsentierte Wolfgang Waltenberger (HEPHY) die Abläufe bei der Datenanalyse am CMS Experiment. Der Besuch endete mit einer Führung durch das Institut.

Prof. Zweig hält am Donnerstag, dem 13.9.2012, um 14:00 Uhr einen Vortrag mit dem Titel "Constituent Quarks: The Beginning of the End" an der Physik-Fakultät der Universität Wien (Erwin Schrödinger-Hörsaal, Boltzmanngasse 5, 5. Stock).

3. September 2012

Wenige Augenblicke vor dem Start auf den Kasematten am Grazer Schloßberg

1912 entdeckte Victor Franz Hess auf einer Ballonfahrt in 5km Höhe die kosmische Strahlung und wurde dafür später mit dem Nobelpreis ausgezeichnet. Im September 2012 - 100 Jahre nach der Entdeckung - wurde ihm zu Ehren ein unbemannter Ballon gestartet, der trotz widriger Wetterbedingungen bis auf eine Höhe von 21 Kilometern aufstieg.

Die Entdeckung der kosmischen Strahlung war ein entscheidender Schritt für die Entwicklung der Teilchenphysik und für das Verständnis der kleinsten Bauteile des Universums. Zum ersten Mal standen hochenergetische Teilchen für Messungen zur Verfügung und brachten bedeutende neue Einsichten, wie die Entdeckung von Antiteilchen, Mesonen und Myonen. Auch heute noch ist das Studium der kosmischen Strahlung ein äußerst aktives Forschungsgebiet.

Dieses öffentliche Event wurde gemeinsam vom Institut für Hochenergiephysik (HEPHY) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, dem Österreichischen Weltraum Forum (ÖWF), dem Österreichischen Versuchssender-Verband (ÖVSV) und der Victor-Franz-Hess-Gesellschaft veranstaltet.

Am 1.9.2012 versammelten sich trotz schlechten Wetters etliche InteressentInnen auf den Kasematten am Grazer Schloßberg, um den Start eines Stratosphärenballons samt wissenschaftlichem Rahmenprogramm zu verfolgen. Der prominenteste Teilnehmer war zweifelsohne Helmut Denk, Präsident der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, der in seiner Begrüßungsrede vom HEPHY als einem "Leuchtturm-Institut" sprach.

Während Hess vor 100 Jahren seinen Ballon mit Wasserstoff füllte, kommt heute ausschließlich das nicht brennbare Helium zum Einsatz. Etwa 6 Kubikmeter genügen, um die leichte Nutzlast von nur 1,3 kg - ein Polystyrol-Behälter mit GPS-Empfängern, Kameras und Messinstrumenten - Richtung All zu befördern.

Kurz nach 11 Uhr hieß es dann "Leinen los" und der Ballon entschwebte gen Himmel. In den nächsten Minuten erreichten uns spektakuläre Luftbilder von der Bordkamera, die allerdings bald dem eintönigen Grau der Wolkendecke wichen. Zunächst mochte der Ballon nicht recht steigen und schwebte in nördlicher Richtung mehrere Stunden in einer Höhe von 2 bis 5 Kilometern dahin. Grund dafür war der permanente Regen, der in größerer Höhe auf dem Ballon vereiste und diesen wieder nach unten drückte. Dort schmolz das Eis auf und der Ballon konnte erneut steigen.

In der Zwischenzeit gab es auf den Kasematten einen spannenden Vortrag über Victor Franz Hess und die Geschichte der Radioaktivität von Heinz Krenn, dem Vizepräsidenten der Victor-Franz-Hess-Gesellschaft. Danach erzählte der mehrfache Weltmeister im Ballonfahren, Josef Starkbaum, mit Videos von seinen Weltrekordfahrten in einem bemannten Heißluftballon. Schließlich wurde auch die Physik der kosmischen Strahlung und was man mit ihr machen kann von Thomas Bergauer, dem Leiter des Fachbereichs Halbleiterdetektoren am HEPHY, erläutert.

Den Abschluss des Events bildete die Auflösung der Schätzfrage "Wie hoch wird unser Ballon heute steigen?", an der sich alle Gäste beteiligen konnten. Zu diesem Zeitpunkt war der Ballon immer noch auf wenigen Kilometern Höhe, sodass die pessimistische Einschätzung von Roland Maderbacher den Hauptgewinn - eine Ballonfahrt mit Rudi Albrecht, ebenfalls Weltmeister - erlangte.

Damit war zwar kurz nach 13 Uhr die Show vorüber, der Stratosphärenballon aber noch lange nicht am Ziel angelangt. Um etwa 16 Uhr kam der Ballon östlich von Krems aus der Schlechtwetterzone heraus und begann wieder zu steigen. Bei Retz war er kurz vor 17 Uhr schon auf etwa 11km Höhe und passierte die Staatsgrenze nach Tschechien. In knapp 21km Höhe platzte dann der Ballon und leitete den Sinkflug am Fallschirm ein - kurz nach 18 Uhr landete die Kapsel nordwestlich von Brünn.

Somit war der Ballon etwa sieben Stunden unterwegs und legte dabei eine horizontale Distanz von beinahe 300km zurück - ein neuer Rekord in der Reihe der bereits zehn Ballonstarts des ÖWF! Mittlerweile wurde die Nutzlast geborgen und die in der Kapsel gespeicherten Bilder und Daten werden demnächst ausgewertet. Möglicherweise bekommen wir auf diese Weise doch noch Bilder von oberhalb der Wolkendecke zu sehen. "Über den Wolken muss die Freiheit wohl grenzenlos sein", dachten sich zumindest die Teilnehmer im trüben Regenwetter am Grazer Schloßberg.

15. August 2012

Blick vom Rand des Weltraums (35 km Höhe) – aufgenommen von einem Ballon des ÖWF im Okt. 2008

Am 1. September 2012 starten das Österreichische Weltraum Forum ÖWF und das Institut für Hochenergiephysik am Schloßberg in Graz einen High-Tech-Ballon, der bis an den Rand des Weltalls aufsteigen soll. Rund um diesen Ballonstart wird ein spannendes Programm zu dem Thema "Kosmische Strahlung" bei freiem Eintritt für die ganze Familie geboten.

Das 100-jährige Jubiläum der Entdeckung der kosmischen Strahlung wird heuer mit dem „Victor-Hess-Jahr“ gefeiert. Der österreichische Physiker Victor Franz Hess entdeckte 1912 bei einer Ballonfahrt in fünf km Höhe die kosmische Strahlung und legte damit den Grundstein für die Teilchenphysik. Für diese Errungenschaft erhielt er den Nobelpreis für Physik.

Die Veranstaltungsreihe des „Victor-Hess-Jahres“ endet mit einem besonderen Highlight: dem Start eines Stratosphärenballons begleitet von einem umfangreichen Rahmenprogramm. Dazu sagt Thomas Bergauer vom HEPHY, Projektleiter und Hauptorganisator der Veranstaltung: “Gemeinsam mit dem ÖWF werden wir am 1. September der interessierten Öffentlichkeit sowohl die Ballonfahrt als auch das Thema „kosmische Strahlung“ näherbringen. Höhepunkt ist der Start eines unbemannten Stratosphärenballons. Er wird 35 Kilometer hoch und damit bis an den Rand des Weltalls steigen.

Michael Taraba vom ÖWF ergänzt: „Dies ist der zehnte Start unseres Stratosphärenballons. Die Zuschauer können live die faszinierenden Bilder mitverfolgen, die von der am Ballon befestigten Kamera gesendet werden. Zusätzlich ist der Ballon mit zwei unabhängigen Datensendern, einem Geigerzähler zum Nachweis der kosmischen Strahlung und einem GPS-Ortungssystem ausgerüstet. Auch die Daten, die schon von Victor Hess im Jahr 1912 gemessen wurden, werden live übertragen und ausgewertet“. Die Videobilder werden Amateurfunker der Landesgruppe Steiermark des Österreichischen Versuchssenderverbandes ÖVSV empfangen.

Thomas Bergauer vom HEPHY betont: „Mit dem Flug dieses High-Tech-Ballons können nicht nur die Messungen von Victor Hess nachvollzogen werden, sondern sogar Höhen erforscht werden, die Hess aufgrund der Temperaturen und des Mangels an Sauerstoff nicht zugänglich waren."

Im Rahmen der Veranstaltung können Besucher an einem Schätzspiel teilnehmen und versuchen, die maximale Flughöhe des Ballons zu erraten. Auf den Gewinner wartet ein Gutschein für eine Heißluftballonfahrt.

Termin: Samstag, 1. September 2012

Beginn: 10:00 Uhr

Ort: Kasematten am Grazer Schloßberg

Programm:

10:00 Uhr: Begrüßung und Moderation durch Norbert Frischauf vom ÖWF

10:30 Uhr: Start des Stratosphärenballons

11:00 Uhr: Vortrag: "Victor F. Hess und die Entdeckung der Kosmischen Strahlung", P.M. Schuster, Victor-Franz-Hess-Gesellschaft

11:30 Uhr: Vortrag: "Ballonfahren einst und jetzt",  J. Starkbaum, mehrfacher Weltmeister im Ballonfahren

12:00 Uhr: Vortrag: "Kosmische Strahlung in Alltag und Technik", T. Bergauer, Institut für Hochenergiephysik 

13:00 Uhr: Quiz-Auflösung & Preisverleihung - Hauptgewinn: Ballonfahrt

5. Juli 2012

Higgs Teilchen aus Plüsch bei der Liveübertragung des Seminars

Am 4. Juli präsentierten die zwei Großexperimente am LHC - CMS und ATLAS – im Rahmen eines Seminars am CERN bahnbrechende neue Ergebnisse. Die Vorträge wurden zeitgleich am Institut für Hochenergiephysik gezeigt, das am CMS Experiment beteiligt ist. Der Inhalt der Präsentationen führte zu lebhaften Diskussionen zwischen HEPHY-Physikern, Kollegen anderer Physikrichtungen und Medienvertretern.

In dem Seminar, das zeitgleich auch zur internationalen "ICHEP" Konferenz übertragen wurde, die heuer in Melbourne, Australien, stattfindet, konnten beide Experimente Resultate zeigen, die auf den gesamten derzeit verfügbaren Daten aus 2011 und 2012 beruhen – die letzten dieser Kollisionen wurden nur zwei Wochen vor dem Seminar aufgezeichnet! Um eine gegenseitige Beeinflussung auszuschließen waren bis zum Seminar die Zahlen nur innerhalb der jeweiligen Kollaboration bekannt. Die Ergebnisse stimmen in beeindruckender Weise überein: beide Experimente berichteten einen Überschuss von Ereignissen mit einer Signifikanz von jeweils 5 Standardabweichungen bei einer Masse von etwa 125-126 GeV (die Wahrscheinlichkeit, einen solchen Überschuss ohne die Existenz eines neuen Teilchens zu beobachten, ist jeweils etwa 1 zu 3 Millionen). . Die subtileren Eigenschaften des neuen Teilchens können mit der derzeit vorliegenden Datenmenge nur mit begrenzter Genauigkeit bestimmt werden. Innerhalb dieser Genauigkeit sind sie mit den Vorhersagen des Standardmodells für das Higgs-Boson verträglich.

In der aus allen Nähten platzenden Bibliothek des HEPHY wurden die Vorträge  mit großem Interesse verfolgt. Im Anschluss daran wurden die vorläufigen Resultate mit den Physikern des Instituts diskutiert. Zahlreiche Medienvertreter nahmen an einer Pressekonferenz teil, die vom stellvertretenden Direktor Manfred Krammer moderiert wurde. Details zu den verschiedenen experimentellen und theoretischen Aspekten dieser bahnbrechenden neuen Beobachtung wurden von dem theoretischen Physiker Wolfgang Lucha (in Wien) und - über Videokonferenz -  der Leiterin der Trigger-Gruppe Claudia-Elisabeth Wulz (aus Melbourne), Direktor Chris Fabjan und dem Leiter der Analyse-Gruppe Wolfgang Adam (aus dem CERN) erläutert. Zu Reichweite und Bedeutung dieses Ergebnisses sagte Chris Fabjan: „Wir stoßen ein neues Fenster zum Verständnis des Aufbaus unseres Universums auf“. Die Entdeckung eröffnet eine eigenen Zweig in der Teilchenphysik: die Erforschung dieses neuen Bosons. Die für den Rest des Jahres 2012 am LHC erwartete Verdreifachung der bestehenden Datenmenge wird einen großen Schritt in diese Richtung erlauben!

3. Juli 2012

Verteilung der invarianten Masse der Photonpaare (γγ) in den CMS Daten 2011 und 2012 (schwarze Punkte mit Fehlerbalken). Die Daten wurden in jeder Unterklasse von Ereignissen mit dem Verhältnis zwischen Signal und Untergrund gewichtet. Die durchgehende rote Linie zeigt das Resultat der Anpassung an Signal plus Untergrund; die gestrichelte rote Linie entspricht dem Untergrund.

In einem Seminar am 4. Juli am CERN stellte die CMS-Kollaboration - eine im Rahmen des Forschungsprogramms am LHC tätige Gruppe akademischer Institutionen aus 41 Ländern, darunter das Institut für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften - ihre neuesten vorläufigen Ergebnisse der Suche nach dem Higgs-Boson des Standardmodells vor.

CMS beobachtet einen Überschuss an Ereignissen mit einer Masse von ungefähr 125 GeV, mit einer statistischen Signifikanz von fünf Standardabweichungen (5 Sigma) über dem erwarteten Untergrund. Wir interpretieren dies als die Erzeugung eines bislang nicht beobachteten neuen Teilchens. Die Evidenz dafür ist in den beiden Endzuständen mit der besten Massenauflösung am stärksten: der Endzustand mit zwei hochenergetischen Photonen (γγ) liefert die höchste Evidenz, der Endzustand mit zwei Paaren von geladenen Leptonen (Elektronen oder Myonen) die nächsthöchste. Die CMS-Daten schließen auch die Existenz des Standardmodell-Higgs-Bosons in den Massenbereichen 110-122.5 GeV und 127-600 GeV mit einem Konfidenzniveau von 95% aus – niedrigere Massen wurden bereits am LEP-Beschleuniger des CERN mit derselben statistischen Sicherheit ausgeschlossen. 

CMS hat den gesamten Datensatz an Proton-Proton-Kollisionen des Jahres 2011 und des heurigen Jahres bis 18. Juni 2012 analysiert. Diese Daten entsprechen ungefähr 10^15 Kollisionen (eine Million Milliarden), zu ungefähr gleichen Teilen in 2011 und 2012 vom LHC produziert. Die Reduktion dieser Datenmenge auf ein Ausmaß, das die weitere Auswertung erlaubt, erfolgte in Echtzeit durch ein Auswahlsystem (Trigger), dessen zentrale Elemente am Institut für Hochenergiephysik entwickelt und gebaut wurden.

Das Standardmodell der Teilchenphysik sagt voraus, dass das Higgs-Teilchen nach sehr kurzer Zeit in andere, bereits gut bekannte Teilchen zerfällt. CMS untersuchte die fünf wichtigsten Zerfallskanäle des Higgs-Bosons. Drei dieser Kanäle, die auch die höchste Empfindlichkeit aufweisen, liefern Paare von Bosonen (γγ, ZZ oder WW). Die beiden weiteren Kanäle liefern Paare von Fermionen (b-Quarks bzw. Tau-Leptonen). Die Zerfälle in zwei Photonen oder die in zwei Z-Bosonen mit anschließendem Zerfall in vier Elektronen oder Myonen erlauben auch die Ermittlung der Masse des gesuchten neuen Teilchens. Zu dieser Bestimmung tragen alle CMS-Detektorsysteme bei, die Messung von Energien und Richtungen der Leptonen stützt sich dabei in besonderem Maße auf den Silizium-Spurdetektor, zu dessen Bau, Betrieb und Verwendung in der Physikauswertung das Institut für Hochenergiephysik entscheidend beigetragen hat.

Die CMS-Daten sollten empfindlich genug sein, um das Standardmodell-Higgs-Teilchen im gesamten Massenbereich von 110 GeV bis 600 GeV mit einem Konfidenzniveau von 95% auszuschließen, falls es nicht existiert. Tatsächlich kann jedoch der Bereich von 122.5 GeV bis 127 GeV nicht ausgeschlossen werden, da wir dort den Überschuss an Ereignissen in drei der fünf untersuchten Zerfallskanäle messen. 

Innerhalb der statistischen Unsicherheiten sind die in den verschiedenen Suchkanälen erzielten Resultate konsistent mit den Erwartungen für die Existenz eines Standardmodell-Higgs-Bosons. Weitere Daten sind jedoch nötig, um herauszufinden, ob das beobachtete neue Teilchen alle Eigenschaften dieses Higgs-Bosons besitzt oder ob einige davon abweichen. Im zweiten Fall würde dies auf neue fundamentale Physik hinweisen, die über das derzeit gültige Standardmodell hinausgeht. Eines der bestbegründeten Modelle für diese neue Physik ist die Supersymmetrie. Diese Theorie liefert eine natürliche Erklärung für die niedrige Masse des Higgs; sie enthält ferner neue Teilchen, wovon eines auch ein Kandidat für die Dunkle Materie sein könnte.  Eine direkte Suche nach diesen neuen Teilchen ist eine der Prioritäten des CMS-Forschungsprogramms am Institut für Hochenergiephysik.

Der LHC liefert weiterhin Daten mit beeindruckender Rate. Bis Ende 2012 erwartet CMS, den bis jetzt aufgezeichneten Datensatz verdreifachen zu können. Diese zusätzlichen Daten werden es CMS ermöglichen, die Natur dieses beobachteten neuen Teilchens tiefer zu ergründen. Sie werden es auch erlauben, den Entdeckungsbereich für die vielfältigen Varianten der Suche nach neuer Physik weiter auszudehnen. 

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an:

http://cern.ch/press/

27. Juni 2012

HEPHY überträgt am 4. Juli 2012 ab 8:45 über einen direkten, exklusiven Übertragungskanal live das CERN-Seminar, bei dem die Experimente CMS und ATLAS den aktuellen Stand der Suche nach dem Higgs-Boson präsentieren. Neben vielen Fachkollegen sind auch Medienvertreter geladen, die in einer anschließenden Pressekonferenz direkt mit den Experten diskutieren können.

Seit Anfang des Jahres konnte die Datenmenge gegenüber dem Vorjahr mehr als verdoppelt werden, wodurch signifikante neue Ergebnisse erwartet werden. Bevor diese Ergebnisse bei der wichtigsten Teilchenphysik-Konferenz des Jahres in Melbourne präsentiert werden, werden sie den Kollegen am CERN und in den beteiligten Instituten vorgestellt.

Die interessierte Öffentlichkeit kann dieses Seminar auch am 4.7. ab 9 Uhr über einen CERN-Webcast mitverfolgen.

Treffer 43 bis 49 von 160

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