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23. Mai 2012

Belle-Resultate für den Pion-Formfaktor F(Q²): Die Grösse Q² F(Q²) nähert sich – wie theoretisch erwartet – mit wachsendem Q² asymptotisch der gestrichelten Linie.

Vor wenigen Tagen veröffentlichte Ergebnisse des Belle-Experiments am japanischen Beschleunigerzentrum KEK, an dem auch Mitarbeiter des HEPHY forschen, liefern eine glänzende Bestätigung entsprechender Vorhersagen der Theorie-Gruppe am HEPHY und bringen damit ein Rätsel seiner Lösung näher.

Formfaktoren sind physikalische Größen, die eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung von Reaktionswahrscheinlichkeiten von Elementarteilchen spielen. Untersuchungen der Theorie-Gruppe am HEPHY ergaben, daß bereits bei derzeit erreichbaren Energien eine vergleichsweise einfache Beschreibung des Formfaktors für die Kopplung des neutralen Pi-Mesons an zwei Photonen im Rahmen der Quantenchromodynamik – der allgemein akzeptierten Quantenfeldtheorie der starken Wechselwirkung – zielführend sein sollte. Vor einigen Jahren am BABAR-Experiment durchgeführte diesbezügliche Messungen erbrachten jedoch ein deutlich von den theoretischen Erwartungen abweichendes Verhalten des Pion-Formfaktors bei höheren Energien. Die jüngsten Belle-Messungen hingegen widersprechen den BABAR-Resultaten und weisen eine exzellente Übereinstimmung mit den theoretischen Vorhersagen auf.

 

Rückfragen, Einzelheiten:
Univ.-Doz. Dr. Wolfgang Lucha
+43 (1) 5447328 - 28
wolfgang.lucha@oeaw.ac.at

6. Mai 2012

HEPHY Experte Sebastian Frank erklärt die neuesten Forschungsresultate

Das Institut für Hochenergiephysik war wie gewohnt auch bei der diesjährigen Langen Nacht der Forschung vertreten – und das gleich an zwei Standorten.

In Wien, in der Aula der Wissenschaften, lag der Schwerpunkt auf der wissenschaftlichen Erforschung der Natur der Teilchen. Die Grundlagenforschung in der Teilchenphysik erlaubt nicht nur, die kleinsten Bauteile des Universums zu beschreiben. Unser Verständnis für ihre physikalischen Eigenschaften ermöglicht es uns auch, die Vorgänge in der Natur wenige Bruchteile von Sekunden nach dem Urknall zu beschreiben.

Die Erwartungen an den Large Hadron Collider (LHC) im CERN sind heuer sehr hoch – die Messungen sollen nämlich zum ersten Mal die Chance erbringen, konkrete Aussagen über die Existenz – oder die Nichtexistenz - des Higgsbosons zu machen. Natürlich erfordern komplexe Zusammenhänge auch ausführliche Erläuterungen. Unsere Experten waren daher auf Grund des großen Besucherandrangs im Dauereinsatz. Besonderes Interesse galt auch  den kosmischen Strahlen, deren Entdeckung vor genau 100 Jahren durch den österreichischen Nobelpreisträger Victor Hess diese gesamte Forschung überhaupt erst ermöglicht hat.

In Wiener Neustadt bot sich Gelegenheit, in Zusammenarbeit mit dem medizinischen Beschleunigerzentrum MedAustron die praktischen Anwendungen der Teilchenforschung  zu demonstrieren. Die Teilchen, deren Natur wir am CERN erforschen, sollen nun auch in Österreich zu fortgeschrittenen medizinischen Behandlungen genutzt werden.  Durch einen Blick aus dem Fenster konnte man sich dabei auch vom Baufortschritt des Beschleunigers überzeugen. Er wird in Zusammenarbeit mit dem CERN entwickelt und gebaut und 2014 in Betrieb gehen. Damit spannt sich der Bogen von der natürlichen kosmischen Strahlung, deren „Domestizierung“ im Teilchenbeschleuniger bis zur Anwendung bei der Bekämpfung von Tumoren.

 

2. Mai 2012

Abb. 1: Schema der Zerfallskette, beginnend mit dem Zerfall eines Ξb*0 am Kollisionspunkt der beiden Proton (PV)

In einer vor wenigen Tagen eingereichten Publikation berichtet die CMS Kollaboration über die Entdeckung eines neuen Baryons, das ein Beauty (b) Quark enthält. Der Nachweis gelang durch die volle Rekonstruktion einer komplexen Zerfallskette dieses Teilchens. Eine Analysegruppe des Instituts für Hochenergiephysik beschäftigt sich mit der Rekonstruktion von b-Hadronen Zerfällen in CMS. Valentin Knünz, Dissertant in dieser Gruppe, konnte mit seiner Arbeit einen wichtigen Beitrag zu der Entdeckung...

Baryonen, die als eines der drei konstituierenden Teilchen ein Beauty Quark enthalten, sind von besonderem theoretischem Interesse. In der Zusammensetzung “beauty” - “up” – “strange” war bisher nur der Grundzustand (das Teilchen mit der niedrigsten Masse) bekannt: das Ξb0. Theoretische Vorhersagen sagen zwei angeregte Zustände voraus (Ξb’0, Ξb*0), für die es allerdings bisher keine experimentelle Bestätigung gab.

In Proton-Kollisionsdaten, die vom CMS Experiment aufgezeichnet wurden, konnte nun der Zerfall eines neuen, schweren b-Baryons beobachtet werden. Die komplexe Zerfallskette führt dabei zu immer leichteren, bekannten Baryonen (Abb. 1). Der erste Schritt erfolgt über das Ξb („beauty“ - „down“ - „strange“). Die entsprechende Zerfallszeit ist so kurz, dass der Zerfallspunkt nicht vom Kollisionspunkt der Protonen unterschieden werden kann. Weitere Zerfälle können dann zu messbaren Zerfallsstrecken führen. In der Studie wurden jeweils vier aufeinanderfolgende Zerfälle identifiziert, die insgesamt sechs messbare Sekundärteilchen (zwei Myonen, drei Pionen und ein Proton) ergeben. Diese Teilchen müssen unter allen anderen  hunderten Kollisionsprodukten gefunden und richtig zugeordnet werden.

Wie in der Abbildung 2 dargestellt ergab die Analyse der beim ersten Zerfall freiwerdenden Energie ein klares Signal bei 15 MeV. Die Masse des neuen Teilchens liegt dagegen mit fast 6 GeV wesentlich höher und entspricht etwa 6 Protonmassen. Es wird mit dem theoretisch vorhergesagten Ξb*0 identifiziert


“Observation of an excited Xi(b) baryon”, http://arxiv.org/abs/1204.5955v1

 

5. April 2012

Kontrollraum der Beschleunigeranlagen am CERN

Der LHC ist planmäßig in den regulären 8 TeV-Betrieb übergegangen und produziert nun Teilchenkollisionen bei deutlich gesteigerter Energie. Die Forscherteams können ihre Datennahme fortsetzen.

Am 5. April um 00:38 konnte die Betriebsmannschaft des LHC den sogenannten stable beams Modus des Beschleunigers ankündigen. Das bedeutet, dass die beiden Teilchenstrahlen an den Kreuzungspunkten innerhalb der Experimente zur Kollision gebracht werden können. Die Experimente, wie der vom HEPHY maßgeblich mitkonstruierte CMS Detektor, werden wieder Daten nehmen und können ihrem Ziel neue Physik zu entdecken wieder etwas näher kommen.

Die beiden Teilchenstrahlen im LHC haben eine Energie von 8 TeV die zur Verfügung steht um neue Teilchen zu erzeugen. Dies bedeutet einen neuen Weltrekord, wobei bereits die ursprüngliche Energie von 7 TeV in den Jahren 2010/11 Weltrekord war. 

2012 wird ein besonders spannendes Jahr, denn einer der wichtigsten Fragen der Teilchenphysik könnte durch die Daten die dieses Jahr gesammelt werden, beantwortet werden: existiert das sogenannte Higgs Boson welches allen Teilchen - und somit auch uns Menschen und den Objekten um uns - Masse gibt oder nicht? Die Nichtexistenz des Higgs Teilchens wäre dabei die wahrscheinlich spannendere und größere Sensation, denn das bedeutet das Masse in unserer Natur in einer noch raffinierteren Weise funktioniert als wir bislang dachten.

Die Abschaltung des Beschleunigers in den letzten Monaten fand aufgrund von notwendigen und üblichen Wartungsphasen des Beschleunigers als auch der Experimente statt. 

Video: http://cdsweb.cern.ch/record/1435792

29. März 2012

HEPHY-Elektroniker Christian Irmler erklärt sein Fachgebiet

Am Montag den 26. März besuchten wir erstmals das Burgenland mit unserem Programm "Physik zum Anfassen".

140 Kinder aus der Volkschule Wulkaprodersdorf und Umgebung hatten so Gelegenheit, an 7 Stationen mit Experimenten zum Mitmachen zu erleben wie spannend Physik sein kann. Als besonderes Highlight hatten wir auch unsere Funkenkammer mit dabei, mit der wir den Kindern demonstrieren konnten, dass unsere Welt ständig von unsichtbaren kosmischen Teilchen erfüllt ist, die nur in der Funkenkammer sichtbar werden.

An weiteren Stationen erfuhren die SchülerInnen, wie man mithilfe von Blitzen mikroskopisch kleine Teilchen sichtbar machen kann, wie Magnetfelder die Bahnen der Teilchen beeinflussen, wie man mit einfachsten Mitteln einen einfachen kleinen "Teilchenbeschleuniger" mit Magnetkugeln bauen kann, und vieles mehr. Als Abschluss und Höhepunkt wurde dann noch eine Wasserflasche beschleunigt - in Form einer Wasserrakete, die wir in den wunderschön blauen Himmel schossen.

Die Kinder waren mit Begeisterung dabei - ein Mädchen meinte im Interview mit dem ORF Burgenland, der ebenfalls dem Event beiwohnte: "Meine Freundin meinte, dass Physik langweilig ist - ich muss ihr erzählen dass sie sich geirrt hat!".

14. März 2012

Der Large Hadron Collider wird in Kürze seinen Betrieb nach der planmäßigen Winterwartungsperiode wieder aufnehmen. Die ersten Protonen werden Mitte März eingeschossen, und Anfang April sollen dann Kollisionen stattfinden. Die Energie der Teilchenstrahlen wird einen neuen Rekordwert erreichen. Ihre Intensität wird ebenfalls erhöht werden.

Die reguläre Wartungsperiode des Large Hadron Collider (LHC) wurde soeben beendet. Der Beschleunigertunnel und die Experimentierzonen sind wieder geschlossen. Die acht LHC-Sektoren sind bereits auf ihre Betriebstemperatur von -271 Grad Celsius gebracht worden. Die letzten Vorbereitungen zum Einschießen von Protonen Mitte März sind im Gange. Die größte Neuerung in diesem Jahr liegt in der höheren Energie mit 8 Teraelektronenvolt (TeV) statt bisher 7 TeV. Dies wird die bislang höchste erreichte Energie eines Beschleunigers. Aber auch Intensität und Strahlfokussierung sollen erhöht werden, so dass mit Jahresende mehr als drei Mal so viele Daten wie bisher zur Verfügung stehen werden, um die Frage der Existenz des Higgs-Teilchens endgültig zu klären. Die ersten Kollisionen werden Anfang April erwartet.

Eine spannende Datennahmeperiode steht bevor, die vielleicht auch schon Hinweise auf neue Physik bringen wird.  2012 wird ein aufregendes, spannendes und entscheidendes Jahr für die Teilchenphysik.

5. März 2012

Eine einzigartige Gelegenheit in die Welt der Wissenschaft einzutauchen bieten die International Particle Physics Masterclasses, die am 8. und 9. März 2012 in Wien stattfinden. SchülerInnen von 15 bis 19 Jahren gewinnen bei diesen Forschertagen faszinierende Einblicke in die Welt der Elementarteilchen und die spannende Arbeit von TeilchenphysikerInnen in einem internationalen Umfeld.

Jugendliche erleben bei den Masterclasses hautnah, wie österreichische TeilchenphysikerInnen Wissenschaft betreiben. Die Nachwuchs-ForscherInnen analysieren dabei selber Daten, die bei Kollisionen zwischen Elementarteilchen am weltgrößten Beschleuniger am CERN in Genf aufgezeichnet wurden.
Die Masterclasses sind ein internationales Event, an dem jährlich mehrere tausend SchülerInnen teilnehmen. Standorte in Wien sind die UNI Wien und das Institut für Hochenergiephysik (HEPHY) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften.

Am Vormittag erfahren die SchülerInnen Wissenswertes über Elementarteilchen, Kräfte und das Standardmodell der Elementarteilchenphysik, über die Technik der Beschleuniger und Experimente sowie über die allerneuesten Forschungsergebnisse. Anschließend werten sie echte experimentelle Daten aus, die bei Teilchenkollisionen am CERN in Genf aufgezeichnet wurden. Am Ende des Forschungstages vergleichen und diskutieren die Nachwuchs-WissenschaftlerInnen ihre Ergebnisse in einer Video-Konferenzschaltung mit dem CERN. Genau so, wie es auch in den internationalen Kollaborationen der TeilchenphysikerInnen üblich ist.

"Man hat wirklich einen Einblick bekommen, was die Physiker machen und wie die Datenauswertung wirklich funktioniert." berichtet Veronika Pfannenstill von ihrem Besuch bei der Masterclass 2011 am HEPHY.

Ins Leben gerufen wurden diese Internationalen Schulerforschungstage von der IPPOG (International Particle Physics Outreach Group). Über 90 Universitäten und Forschungseinrichtungen in mehr als 30 Ländern öffnen für den interessierten Nachwuchs ihre Türen. Darunter 3 Standorte in Österreich, Wien (Institut für Hochenergiephysik der ÖAW, Fakultät für Physik), Graz (Universität Graz - Institut für Physik) und Innsbruck (Institut für Astro- und Teilchenphysik). 


Ansprechpartner:

DI Dr. Laurenz Widhalm

Projektleiter
Tel: 01 544 73 28-33

Laurenz.Widhalm@oeaw.ac.at
 
DI Dr. Marko Dragicevic
Tel: 01 544 73 28-36
Marko.Dragicevic@oeaw.ac.at

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