LHC fährt im März wieder hoch
 

Teilchenbeschleuniger fährt hoch (ntv, 02.01.2022)

Es sollen vorallem Messungen am Zerfall von Beauty-Quarks gemacht und die Schwerkraftwirkung von Antiprotonen untersucht werden.

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Ist eigentlich schon geklärt, ob sich Anti-Atome gravitativ anziehen oder abstossen?

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Es gibt Erwartungen aber keine Experimente dazu. Laut Theorie sollten sich Massen immer anziehen, aber wer weiß.

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Doch, es gibt bereits Messungen an Antimaterie unter dem Einfluss von Gravitation, allerdings sind diese schwierig und wenig präzise. Laut Theorie ist Masse für Gravitation verantwortlich (bzw. Energie, Impuls und Druck nach Einstein). Und da Antimaterie nachgewiesenermaßen positive Masse hat, sollte sie sich unter Gravitation ganz normal verhalten.

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Grav..._of_antimatter

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Vielleicht muß man zwischen träger und schwerer Masse unterscheiden und das negative Vorzeichen gilt nur für die schwere Masse?

https://www.einstein-online.info/spo...traegeschwere/

Beim Anstoßen einer Kugel aus Antimaterie kommen einem diese nicht entgegen => Träge Masse

Aber es könnte das Rätsel am das Verbleiben von Antimaterie und der Expansion des Univsersums klären => Schwere Masse

Beim Urknall könnten Materie und Antimaterie in der Raumzeit in entgegen gesetzer Richtung davon geflogen sein und sich nicht vermischt haben.

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Nach Einstein unterscheiden wir gerade nicht nach träger und schwerer Masse. Und letztlich (siehe Klammer) entscheiden insbs. Energie, Impuls und Druck, und hier verhält sich Antimaterie identisch zu Materie.

Bzgl. der Expansion gibt es kein Rätsel. Und niemand möchte ein kleines Rätsel durch die Zertrümmerung aller etablierten Theorien lösen ;-)

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Ist für die Expansion nicht die Dunkle Energie verantwortlich, ist diese schon aufgeklärt?

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Das genannte Experiment zur Schwerkraftwirkung von Antimaterie hat AFAIK keine unmittelbaren Auswirkungen in der Kosmologie und wird in erster Linie gemacht, um die entsprechende Detailwissenslücke zu schließen.

Die Bedeutung des Experimentes mit den B-Quarks erscheint mir im Vergleich dazu höher zu sein.

Trotzdem sollte der reisserische Titel des Artikels nicht überbewertet werden.

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In dem Artikel liest man wieder
Das darf man natürlich auch bei strikter Lepton-Universalität nicht erwarten: selbstverständlich ist die Wahrscheinlichkeit auch dann für einen Zerfall in Elektronen höher als für einen in Myonen - allein aus kinematischen Gründen (mehr Phasenraum für die Endzustände).
Aber sicherlich denken da die Physiker beim CERN auch dran; man formuliert nur die populären Artikel da immer recht ungenau.

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Habe gerade zufällig dieses Papier gesehen:

Tests of lepton universality using
B0 and B+ decays

Dort wurde keine Verletzung der Lepton-Universalität gesehen: das in Gl. (4) definierte Verzweigungsverhältnis in myonische und elektronische Zerfälle der B-Mesonen wurde kompatibel mit 1 gemessen.

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Du meinst die beschleunigte Expansion. Die Expansion - ob beschleunigt oder nicht - ist viel zu gering, um sie im Labormaßstab messen zu können; du musst bedenken, dass wir die Expansion erst auf kosmischen Längenskalen beobachten.

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Einer der beiden geplanten Beobachtungen gilt der Frage: Fällt Antimaterie nach unten wie normale Materie oder fällt sie nach oben?

Quelle: https://www.n-tv.de/wissen/CERN-Fors...b-global-de-DE

Bin gespannt was dabei heraus kommt!

Ja

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Dr. Josef Gaßner gibt Antworten

https://www.youtube.com/watch?v=7O8WU1nAdzo

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Astronews.com berichtet dazu: https://www.astronews.com/news/artik...2201-005.shtml

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Im Artikel wird das Experiment beschrieben:

Protonen und Anti-Protonen werden in einer Penningfalle mittels elektromagnetische Felder fixiert und dadurch eingeschlossen. Dabei schwingen diese, die Frequenz dieser Schwingung werden durch die elektromagnetischen Felder und der Masse der Teilchen bestimmt.

Frage: wird die Frequenz bei diesem Experiment nicht durch den absoluten Betrag der Masse bestimmt?

Wenn ja, dann würde das Vorzeichen keinen Unterschied ausmachen und beim Vergleich keine Rolle spielen. Man könnte mit diesem Experiment nur die Größe der "Trägen Masse" vergleichen.

Sind bei dem Experiment überhaupt Gravitationsfelder beteiligt, wenn dann spielen sie im Vergleich zu den elektromagnetischen Feldern ein zu vernachlässigende Rolle.

Um die "Schwere Masse" zu bestimmen bedarf es eines Pendels im Gravitationsfeld, möglichst ohne elektromagnetischen Einfluß.

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Ich denke, du hast recht mit deinen Annahmen: man misst das Verhältnis Ladung/Masse für Protonen und Antiprotonen, und zwar die träge Masse. Gravitation wird man in diesem Experiment wohl vernachlässigen können.
Es geht in 1. Linie um eine Bestätigung der CPT-Symmetrie, und das mit beeindruckender Präzision.

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Ein Experiment um das Vorzeichen von schwerer Masse zu ermitteln wäre:

Anti-Materie, am besten den elektrisch neutralen Anti-Wasserstoff, in eine Messkammer schicken und beobachten, ob die Annihilation des Anti-Wasserstoffes an der oberen oder unteren Seite der Meßkammer statt findet. Man könnte, die bei der Zerstrahlung entstehenden, Gamma-Photonen zählen und das Verhätnis zwischen von Oben und Unten empfangen Photonen bilden. Wenn der Anti-Wasserstoff sich nach oben bewegt, dann spricht das für eine negative schwere Masse.

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Gute Intuition: Anti-Wasserstoff wird dabei sicherlich zum Einsatz kommen. Am CERN ist das AEGIS-Experiment geplant, um die gravitative Ablenkung von Anti-Wasserstoff zu bestimmen:
AEgIS at ELENA: outlook for physics with a pulsed cold antihydrogen beam

Würde sich herausstellen, dass die Masse von Antimaterie sich tatsächlich gravitativ entgegengesetzt verhält, dann hätte das zwar problematische Konsequenzen für die Standardphysik, könnte aber dafür dann eventuell das Rätsel von Dark Matter und Dark Energy klären.

Hier wird behauptet, dass dann virtuelle Paare im Vakuum gravitative Dipole seien. So ein gravitativ polarisiertes Vakuum könne dieselben Effekte wie die beobachtete DM und DE haben:
Dark matter, dark energy and gravitational proprieties of antimatter

Aber es wäre schon eine Riesen-Sensation; ich kann mir kaum vorstellen, dass das wer ernsthaft erwartet.

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Nicht nur eine Erklärung was Dark Matter und Dark Energie betrifft, sondern auch warum für uns Materie übrig geblieben ist und sich Materie und Antimaterie nicht gegenseitig ausgelöscht haben.

Bei elektrisch neutraler Materie überwiegt die Gravitationskraft. Elektrische Kräfte wirken nur in der Nähe des Atoms z.B bei der Bildung von Moleküle.

Daher könnte sich elektrisch neutraler Materie "entflochten" haben. Galaxien mit unterschiedlicher "gravitativer Ladung" könnten sich durch die Abstoßung von einander auf Distanz halten und sogar eine Expansion des Universum bewirken. Da wir alle Galaxien nur durch Photonen beobachten, können wir nicht feststellen ob diese aus Materie oder Antimaterie bestehen.

Welche problematische Konsequenzen für die Standardphysik hätte ein unterschiedliches Vorzeichen der Gravitation für Materie und Antimaterie?

Fazit: Materie und Antimaterie hält sich so auf Distanz

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Zu diesen Thema habe ich das Video einer Vorlesung gefunden: https://youtu.be/JhdLI44_fDE

Das Standardmodell der QM kann mit dem Higgsfeld nur die "Träge Masse" erklären. Für die "Schwere Masse" muss nach wie vor die ART, durch Krümmung des Raumes, herhalten. So können die Kräfte nicht vereint werden (TOE).

Bedeutet das nicht, dass "Träge Masse" und "Schwere Masse" unterschiedliche Ursache, aber (fast) gleiche Auswirkungen haben?

"Fast" deshalb, weil Licht (elektromagnetische Welle) von "Schwerer Masse" abgelenkt werden kann, aber macht "Träge Masse" für Photonen Sinn?

So gesehen wäre es möglich, dass die "Träge Masse" sich für Fermionen und ihre Antiteilchen gleich verhält, aber die "Schwere Masse" unterschiedliches Vorzeichen für Materie und Antimaterie besitzt (Raumzeit in die andere Richtung krümmen).

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Nach meinem Verständnis kann das Standardmodell auch die "träge Masse" nicht erklären. Es liefert halt einen Mechanismus, die Renormierbarkeit der Theorie trotz Massen > 0 zu gewähren.

Die Massen der Teilchen ergeben sich aber nicht aus der Theorie; sie müssen von Hand eingeführt und - auf neudeutsch - "angefittet" werden. Das ist keine Erklärung der Massen.

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https://youtu.be/JhdLI44_fDE um 1:11 "Higgsmechanismus erklärt, dass es Masse geben kann ..."

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Es handelt sich eben um eine Erklärung für den Mechanismus der Entstehung der Massen, nicht jedoch für die Werte der Massen.

Genauso würden wir doch die ART als Erklärung für die Gravitation verstehen, nicht jedoch für deren Stärke, da sie den Wert der Gravitationskonstanten nicht festgelegt.

Naja, der Higgs-Mechanismus erklärt doch nicht, wie Massen entstehen, sondern "lediglich" wie man sie in einer Eichtheorie einführen kann, ohne deren Renormierbarkeit zu zerstören.

Es gibt beispielsweise keinerlei Erklärung warum die Massen der Fermionen von Generation zu Generation drastisch steigen, warum das Photon masselos ist, etc.. Higgs bietet einen Mechanismus, Massen überhaupt als freie Parameter einzuführen, sodass sie an die beobachteten Werte angefittet werden können. Unter einer "Erklärung für die Entstehung von Massen" würde ich schon etwas anderes erwarten, so sollte es auch eine Idee für deren numerische Vorhersagen geben.

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Schon klar: man braucht Higgs, um Massen > 0 in einer Eichtheorie zu haben. Ohne Higgs könnte man die Eichtheorien des Standardmodells vergessen.
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Nachtrag. Habe grad gesehen, meine Hemmungen, Higgs als befriedigende Erklärung für die Entstehung von Massen anzusehen, werden hier ganz gut formuliert:

„Ein weiterer Nachteil des Higgs-Mechanismus: Er hat keine vorhersagende Wirkung, das heißt, wir finden mit dem Higgs-Mechanismus eine Art und Weise, wie den Materieteilchen – den Quarks und den Leptonen – Massen gegeben werden kann, aber wir wissen nicht, warum diese Leptonen diese bestimmte Masse besitzen. Und die Massen sind sehr, sehr unterschiedlich – vom Top-Quark, das ungefähr 180-mal so schwer ist wie ein Proton, bis zum Elektron, das ein 2000-stel einer Protonenmasse wiegt, bis hin zu den Neutrinos, die eine noch geringere Masse haben. Nichts davon wird durch den Higgs-Mechanismus erklärt.“

https://www.weltderphysik.de/gebiete...um-nobelpreis/

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Alles richtig, auch der folgende Beitrag.

Aber der Higgs-Mechanismus erklärt, wie Massenterme aus Wechselwirkungstermen mit einem anderen Feld bzw. dessen Vakuumerwartungswert entstehen.

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Vielleicht bin ich da ja ein wenig bockiert? :)

Ich finde, diese Massenterme "entstehen" nicht; man schreibt sie einfach hin -vielleicht besonders deutlich bei den Fermion-Massen, indem man der Lagrangedichte explizit einen Kopplungsterm zwischen den Fermion-Feldern und dem Higgs hinzufügt.

Fachlich sind wir, denke ich, eh beieinander; es geht nur um die Frage, wie man Higgs "in Worte fasst".

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Man ersetzt Massen- durch Kopplungsterme. Ja, mehr sicher nicht.

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BTW, der Vergleich hinkt doch etwas: die ART ist nicht in der Lage, diesen einen Parameter bzw. Konstante vorherzusagen; beim Standardmodell sind es die Massenspektren von 3 Generationen von Fermionen, die anzupassen sind ... mal abgesehen von den Massen der Eichbosonen und von der Masse des Higgs selbst.

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Na ja, ob jetzt eine oder 10 Konstanten nicht vorhergesagt werden können ...

Außerdem: die Existenz und die Massen der Eichbosonen wurden tatsächlich in gewisser Weise vorhergesagt; dafür gab's einen Nobelpreis ;-)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10....evLett.19.1264
A MODEL OF LEPTONS
Steven Weinberg
(Received 17 October 1967)

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Ja, okay, man kann sich eine der Eichbosonmassen sparen, wenn man dafür den Weinbergwinkel fittet. :)

https://wikimedia.org/api/rest_v1/me...a761a6a8c55ea2

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Das ist nicht die Botschaft.

Man konnte die Kopplungskonstanten G sowie die Massen von W und Z sowie g und g’ aus den vorliegenden Messungen bekannter Zerfälle explizit herleiten. Die Massen wurden vorhergesagt, die W- und Z-Bosonen später bei genau diesen Massen gefunden.

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Tatsächlich konnte man das auch schon vor Higgs und der Etablierung der elektroschwachen Eichtheorie - einfach aus den Tree-Diagrammen von Fermis effektiver Theorie der schwachen WW. Den Myon-Zerfall haben wir damals noch in den Übungen so gerechnet.

Merke grad wie alt ich bin. :)

Aber ich will hier auch keineswegs den Erfolg der elektroschwachen Theorie infrage stellen.

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Wie kann im LHC mit Hilfe von Kalorimeter die Energie einzelner Teilchen bestimmt werden? Diese müssten doch sehr sehr empfindlich sein ?

Wenn vorher andere Detektoren durchlaufen werden, kommt es nicht zur Verfälschung der in den Kalorimeter gemessenen Werte?

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Für die W-Bosonen sollte das möglich sein, aber das Z-Boson war eine neue Vorhersage der elektroschwachen Theorie, d.h. in Fermis effektiver Theorie unbekannt.

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Stimmt, das war noch pur V-A, keine "neutral currents".

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Neustart für Teilchenbeschleuniger:

https://science.orf.at/stories/3212705/

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Das hier ist viel interessanter:

https://arxiv.org/pdf/2204.05296.pdf
Speculations on the W-Mass Measurement at CDF
The W Mass determination at the Tevatron CDF experiment reported a deviation from the SM expectation at 7σ level. We discuss a few possible interpretations and their collider implications. We perform electroweak global fits under various frameworks and assumptions. We consider three types of electroweak global fits in the effective-field-theory framework: the S-T , the S-T -δGF , and the eight-parameter flavor-universal one. We discuss the amounts of tensions between different mW measurements reflected in these fits and the corresponding shifts in central values of these parameters. With these electroweak fit pictures in hand, we present a few different classes of models and discuss their compatibility with these results … Overall, more theory and experimental developments are highly in demand to reveal the physics behind this discrepancy.

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Hast du dich damit befasst? Eigentlich sollten doch schon 5σ zur Bestätigung einer Entdeckung reichen.

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Noch nicht im Detail.

Es gab jedoch früher eine vergleichbare Studie, die mit null Abweichung zum SM verträglich war. Deswegen besteht an diversen Stellen Unklarheit.