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Phänomenologie

Unser derzeit gesichertes Wissen über die Elementarteilchen und ihre Wechselwirkungen spiegelt sich im sogenannten Standardmodell der Elementarteilchenphysik wider. Das Standardmodell ist mathematisch durch eine erstaunlich kompakte Formel gegeben, es wurde in einer Vielzahl experimenteller Tests mit hoher Präzision bestätigt und darf als eine der bestgetesten Theorien der modernen Physik gelten.

Das letzte 'fehlende' Teilchen, das aus Gründen der mathematischen Konsistenz des Standardmodells postulierte Higgs-Boson, wurde schließlich im Juli 2012 am LHC nachgewiesen. Dieser Erfolg wäre ohne präzise theoretische Vorhersagen nicht möglich gewesen und illustriert das wichtige Wechselspiel zwischen Experiment/Messung und Phänomenologie/Vorhersage.

Gleichwohl enthält das Standardmodell aus konzeptioneller Sicht auch einige Schwachpunkte, zu deren Überwindung viele neue Modelle jenseits des Standardmodells konstruiert wurden. In diesen erweiterten Modellen sind dann typischerweise sehr viele unbekannte Parameter enthalten. Jedoch sind auch für sie präzise Vorhersagen wichtig, um sie untereinander und vom Standardmodell experimentell unterscheiden zu können, oder sie ggf. ausschließen zu können.

Die Arbeit des Phänomenologen besteht darin, die konkreten Vorhersagen eines gegebenen Modells zu berechnen, um diese dann mit experimentellen Messwerten zu vergleichen. Hauptsächlich werden dazu Beschleunigerexperimente genutzt, wie sie etwa mit dem Teilchenbeschleuniger LHC am CERN durchgeführt werden.

Die Arbeitsweise gleicht dabei in gewisser Weise einem Detektivspiel: Welche Messgrößen haben die größte Sensitivität auf einen unbekannten Modell-Parameter? Wie kann man ein unbekanntes Teilchen am besten messen? Wie kann man experimentell verschiedene Modelle voneinander unterscheiden? Die Liste der Fragen lasst sich in viele Richtungen erweitern und jede neue Antwort wirft sogleich neue, tiefergehende Fragen auf.


Einige Themen der aktuellen Forschung:

- Elektroschwache Theorie: Präzisionstests, Higgs-Physik, CP-Verletzung.
- Quantenchromodynamik: Präzisionsrechnungen und deren Automatisierung.
- Jenseits des Standardmodells: Supersymmetrie, exotische Teilchen.



Webseite der Theoriegruppe
http://wwwth.mpp.mpg.de/



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