Woher kommen die Teilchenmassen und ihre Hierarchie?

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Bild eines Aufbaus am Forschungsreaktor ILL in Grenoble, mit dem Forscher nach dem elektrischen Dipolmoment im Neutron suchen. // © Institut Laue-Langevin

Wie ihre Kollegen in den Research Areas A und Research Area B beschäftigen sich auch die Wissenschaftler der Research Area C mit Elementarteilchen – und zwar mit der Frage, warum diese Teilchen Masse besitzen. Das ist nicht selbstverständlich: Das Standardmodell, in dem die Elementarteilchen beschrieben sind, beruht auf Eichsymmetrien. Zu jeder Symmetrie gehört mindestens ein Austauschteilchen (Eichboson), das eine der fundamentalen Kräfte vermittelt.

Wenn man allerdings die exakte Eichsymmetrie anwendet, hat das Eichboson keine Masse, was Beobachtungen in Experimenten widerspricht. Ähnliches gilt für Quarks und Leptonen. Einen Ausweg haben die Wissenschaftler mit der Einführung des Higgs-Bosons gefunden, das mit den Teilchen des Standardmodells wechselwirkt und ihnen Masse verleiht. Zu den Themen der Research Area C gehört auch die Frage, warum die Wechselwirkung von Quarks/Leptonen mit Eichbosonen einer Hierarchie folgt – und wie diese mit der so genannten CP-Verletzung zusammenhängt. Dieses Phänomen ist dafür verantwortlich, dass es überhaupt Materie gibt: Unmittelbar nach dem Urknall gab es gleich viel Materie und Antimaterie.

Doch wenn sich ein Teilchen und ein Antiteilchen treffen, vernichten sie sich gegenseitig und setzen Energie frei. Erst als sich das Universum abkühlte, sorgte ein Ungleichgewicht – die CP-Verletzung – dafür, dass etwas mehr Materie als Antimaterie gebildet wurde. So blieb nach der Zerstrahlung von Materie und Antimaterie ein Rest Materie übrig, und die Materie gewann schließlich die Oberhand. Clusterforscher sind unter anderem an Präzisionsexperimenten beteiligt, in denen die statischen Eigenschaften von Neutronen vermessen werden.

Dabei untersuchen sie auch ein Dipolmoment im Neutron, das laut Standardmodell eigentlich nicht vorkommen dürfte. Sie erhoffen sich davon weitere Aufschlüsse zur CP-Verletzung und zur Supersymmetrie.  

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