Seminarthemen der Arbeitsgruppe ETAP für Masterstudenten

Die Arbeitsgruppe ETAP bietet Studenten im Masterstudiengang eine Vielzahl von Vortragsthemen an, die im Rahmen der Seminare I und II gehalten werden können. Bei Fragen zu den einzelnen Vorträgen wenden Sie sich bitte direkt an die Betreuer, bei allgemeinen und organisatorischen Fragen an Dr. B. Renk.

Vorträge zu experimentellen Techniken

Thema: Luminositätsmessung an Speicherringen
Betreuer: S. Tapprogge
Vortragende: Studenten des Seminar II
Erläuterung: Für die Messung von Wirkungsquerschnitten an Beschleuniger-Experimenten ist die Bestimmung der Luminosität ein wichtiger Aspekt. Der Vortrag soll verschiedene Methoden vorstellen. Hierbei soll neben der Bestimmung anhand von Beschleunigerobservablen auch die Luminositätsmessung mit dedizierten Detektoren anhand von Referenzreaktionen diskutiert werden.

Thema: Massiv-parallele Ereignisrekonstruktion in der Hochenergiephysik mit Hilfe von GPUs
Betreuer: C. Schmitt
Vortragende: Studenten des Seminar II
Erläuterung: Die großen Ereigniszahlen moderner Hochenergieexperimente machen es notwendig, sie parallel zu verarbeiten. In diesem Projekt werden GPUs anstelle von CPUs dafür verwendet.

Thema: Detektorsysteme in der Teilchenphysik
Betreuer: V.Büscher
Vortragende: Studenten des Seminar I
Erläuterung: In diesem Vortrag wird gezeigt, wie aus verschiedenen Einzeldetektoren komplexe Detektoren zusammengesetzt werden, die die physikalischen Größen vollständig messen können.

Thema: Datenerfassung und Trigger
Betreuer: U.Schäfer
Vortragende: Studenten des Seminar I
Erläuterung: An einem Beispiel aus Labor oder Teilchenphysik-Experiment werden Konzepte für die analoge und digitale Verarbeitung, sowie die computerbasierte Erfassung von Meßdaten erarbeitet. Die Bedeutung eines "Triggers" für die Auslesesteuerung wird diskutiert.

Thema: Der ATLAS Level-1 Kalorimeter Trigger
Betreuer: U.Schäfer
Vortragende: Studenten des Seminar II
Erläuterung: An einem ausgewählten Teilbereich der ersten Triggerstufe des ATLAS Experimentes werden Konzepte und Schaltschemata eines hardware-basierenden, totzeitfreien Triggersystems mit fester Latenz erarbeitet. Die Implementierung der elektronischen Schaltkreise in ASICs und FPGAs wird erläutert.

Thema: Schaltungsentwurf und Simulation für ein Hochenergiephysik-Experiment auf Basis von Hardwarebeschreibungssprachen
Betreuer: U.Schäfer
Vortragende: Studenten des Seminar II
Erläuterung: In Steuer- und Auslesesystemen für Teilchenphysikexperimente werden anwendungsspezifische digitale elektronische Schaltungen heute fast ausschließlich in FPGA-Bausteinen implementiert.  Der Vortrag erläutert Entwurfsmethodik und Werzeuge für die Erstellung, Simulation und Implementation von Hochsprachen-Schaltungsbeschreibungen. Die Sprache VHDL wird kurz vorgestellt und in einer Entwicklungsumgebung für "Xilinx" Bausteine eingesetzt.

Thema: Programmierbare Logikbausteine als algorithmische Prozessoren in Teilchenphysikexperimenten
Betreuer: U.Schäfer
Vortragende: Studenten des Seminar II
Erläuterung: Die Verwendung moderner FPGA-Hochleistungsprozessoren in Experimenten der Elementarteilchenphysik wird vorgestellt und an Beispielen der Elektronikentwicklung für derzeitige und zukünftige Forschungsprojekte erläutert. Die synchrone, hoch-parallele Verarbeitung großer Datenvolumina bei fester, niedriger Latenz im sub-Mikrosekundenbereich (pipelined processor) steht im Mittelpunkt der Betrachtung.

Thema: FPGA-basierte faseroptische Höchstgeschwindigkeitsdatenübertragung im Multi-Gigabitbereich für Teilchenphysikexperimente
Betreuer: U.Schäfer
Vortragende: Studenten des Seminar II
Erläuterung: Der Vortrag befasst sich mit Konzepten der faseroptischen Datenübertragung für die Anwendung in Trigger- und Auslesesystemen für die aktuelle Elementarteilchenforschung. Optoelektrische und elektronische Schaltungskomponenten für Übertragungsraten über 10Gb/s werden vorgestellt und ihre Aggregation zu hochparallelen Systemen im Terabit-Bereich erläutert.

Thema: Energiemessung mit Kalorimetern höchster Granularität
Betreuer: R. Wanke
Vortragende: Studenten des Seminar I + II
Erläuterung: Bei Experimenten an zukünftigen Teilchenbeschleunigern müssen neuentwickelte Detektoren zur Energiemessung eingesetzt werden. Wie funktionieren sie?

Vorträge zu physikalischen Analysen der Teichen- und Astroteilchenphysik

Thema: Neutrinomassen
Betreuer: H. G. Sander
Vortragende: Studenten des Seminar I
Erläuterung: In diesem Vortrag werden Experimente zur Bestimmung der Ruhemassen der Neutrinos vorgestellt.

Thema: Neutrinos aus dem All
Betreuer: H. G. Sander
Vortragende: Studenten des Seminar I
Erläuterung: Aus der Beobachtung von solaren wie kosmischen Neutrinos haben wir viel über die Neutrinos und den Kosmos gelernt.

Thema: Sterne - Entwicklung und Ende
Betreuer: L. Köpke
Vortragende: Studenten des Seminar I
Erläuterung: Unter dem Einfluss der Gravitation verklumpen Gebiete mit leicht überhöhter Dichte dunkler und baryonischer Materie unter gewissen Bedingungen (Jeans Kriterium) zu Vorläufersternen, Galaxien und Galaxienclustern. Bei genügend hoher Masse zündet eine Kernfusion und Sterne bilden ich, die  einem Entwicklungszyklus folgen, der im Wesentlichen von ihrer Masse abhängt (Hertzsprung-Russel). Dies gilt insbesondere für das Ende der Sterne (rote Riesen, weiße Zwerge, Supernovae,Neutronensterne, schwarze Löcher).  

Thema: Die astrophyskalische Evidenz für dunkle Materie
Betreuer: U. Oberlack
Vortragende: Studenten des Seminar I
Erläuterung: 85% aller Materie im Universum ist dunkle (und, wie sich unabhängig herausstellt, nicht-baryonische) Materie. Diese überraschende Erkenntnis basiert auf der Beobachtung ihres gravitationellen Einflusses auf Massensysteme, die in Größe von einzelnen Galaxien über Galaxienhaufen bis zum beobachtbaren Universum reichen. In diesem Vortrag sollen vor allem die entsprechenden astrophysikalischen Beobachtungen dargestellt werden. Ansatzweise sollen auch alternative Erklärungsversuche  basierend auf Modifikationen der Schwerkraft diskutiert werden.

Thema: Direkte Suche nach dunkler Materie
Betreuer: U. Oberlack
Vortragende: Studenten des Seminar II
Erläuterung: Basierend auf der Rotationskurve der Milchstrasse sollten die Teilchen der dunklen Materie uns ständig in großer Zahl durchdringen. Schwach wechselwirkende, massereiche Teilchen (WIMPs) stellen eine der favorisierten Klassen von Modellen zur Erklärung der dunklen Materie dar. Diese Theorien sagen voraus, dass WIMPs mit regulärer Materie über Streuung wechselwirken. Eine Vielzahl von Experimenten, darunter das XENON-Experiment, versuchen, so die Teilchen der dunklen Materie direkt nachzuweisen. Die besondere Herausforderung besteht darin, die extrem geringen Ereignisraten von dem dominanten Untergrund zu separieren. Dieser Vortrag soll einen Überblick über führende Experimente und ihre zugrundeliegenden Detektionsprinzipien geben, Beispiele für Wechselwirkungen aus der Supersymmetrie angeben, und Untergünde beschreiben.

Thema: Erzeugung und Nachweis dunkler Materie am LHC
Betreuer: V.Büscher
Vortragende: Studenten des Seminar II
Erläuterung: Wenn die dunkle Materie aus schwach wechselwirkenden schweren Teilchen besteht, die zum Beispiel die Theoroe der Supersymmetrie vorhersagt, dann werden sie am LHC erzeugt und können experimentell nachgewiesen werden.

Thema: Supernovae und das expandierende Universum
Betreuer: L. Köpke
Vortragende: Studenten des Seminar I
Erläuterung: Die Beobachtung eines expandierenden Universum durch Hubble ist eine der wichtigen Pfeiler für die Urknallhypothese. Da die Gravitation durch die dunkle und sichtbare Materie immer anziehend ist, sollte sich die Expansion abbremsen. Um Messungen von Hubble auf frühe Zeiten und große Distanzen auszuweiten, benötigt man kalibrierte leuchtstarke Quellen, sogenannte "Standardkerzen". Supernovae vom Typ 1a sind thermonukleare Explosionen weißer Zwerge, die solange Materie aus Begleitersternen aufsaugen, bis es bei einer wohldefinierten Masse (Chandrasekhar Kriterium) zur Explosion kommt. 

Thema: Das frühe Universum und Elementsynthese
Betreuer: L. Köpke
Vortragende: Studenten des Seminar I
Erläuterung: In den ersten 5 Minuten nach dem Urknall durchläuft das Universum Phasen in denen Quantengravitation, Teilchenphysik und die Kernphysik entscheidend für die Entwicklung sind. Dabei spielen Temperatur und Dichte des Universums, sowie Wechselwirkungsquerschnitte, Symmetrieverletzungen und Teilchenlebensdauern eine wichtige Rolle, die sich z.B. im Überschuss von Materie über Antimaterie, in der Neutrinohintergrundstrahlung und der Zusammensetzung der leichten Elemente widerspiegeln.

Thema: Messung und Bedeutung des kosmischen Mikrowellenhintergrundes 
Betreuer: U. Oberlack
Vortragende: Studenten des Seminar I
Erläuterung: Die Messung der kosmischen Hintergrundstrahlung (Cosmic Microwave Background, CMB) ist eine der fundamentalsten Beobachtungen, die unser Bild der Entstehung des frühen Universums geprägt haben. Die Entdeckung des CMB durch Penzias und Wilson und die Messung des nahezu perfekten Schwarzkörperspektrums bei (2,725 +/- 0,002) K sowie die Entdeckung winziger (~1:100000) Anisotropien mit dem COBE-Satelliten wurden daher bereits mit zwei Physik-Nobelpreisen ausgezeichnet. In der letzten Dekade war es die Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), die ein Zeitalter kosmologischer Präzisionsmessungen begonnen hat. Daten des PLANCK-Satelliten sollen diese Beobachtungen noch weiter führen.  Dieser Vortrag soll einen Überblick über die Beobachtungen und ihre kosmologische Interpretation geben.

Thema: Supernovaeexplosionen und Gamma-Strahlenblitze
Betreuer: L. Köpke
Vortragende: Studenten des Seminar II
Erläuterung: Am Ende des Lebens schwerer Sterne kollabieren diese, bilden einen harten Kern der sich zu  einem Neutronenstern oder schwarzen Loch umwandelt, und weiter durch die Gravitation aufprallende Materie explosionsartig nach außen schleudert und Supernovae oder Gamma-Strahlenblitze erzeugt, die kurzfristigdie Leuchtkraft ganzer Galaxien ausstrahlen. Die Energieabstrahlung in Form von Neutrinos mit Megaelektronenvolt Energien, die in Experimenten auf der Erde nachgewiesen werden können, ist sogar 2 Größenordnungen höher. In der Umgebung sehr massiver Sterne können geladene Teilchen auf extrem hohe Energie beschleunigt werden und durch die Wechselwirkung mit umgebender Materie hochenergetische Neutrinos erzeugen.

Thema: Schlüsselexperimente: Quarks und Leptonen
Betreuer: M. Hohlfeld
Vortragende: Studenten des Seminar I
Erläuterung: Welche wesentliche Experimente haben uns die Eigenschaften der Quarks und Leptonen entschlüsselt?

Thema: Schlüsselexperimente: Bosonen
Betreuer: F. Ellinghaus
Vortragende: Studenten des Seminar I
Erläuterung: Welche wesentliche Experimente haben uns die Eigenschaften der intermediären Bosonen entschlüsselt?

Thema: Die Mischungmatrix der geladenen schwachen Ströme
Betreuer: R. Wanke
Vortragende: Studenten des Seminar I + II
Erläuterung: Nur die schwache Wechselwirkung kann verschiedene Quarks ineinander umwandeln. Wie kann man dies messen und was lernt man daraus?

Thema: Hochpräzisionsmessungen von Kaonzerfällen
Betreuer: R. Wanke
Vortragende: Studenten des Seminar II
Erläuterung: Extrem seltene Zerfälle des K-Mesons sind empfindlich für neue Physik jenseits des Standardmodells. Am CERN sollen demnächst 10 Billionen Kaonzerfälle untersucht werden.

Thema: CP-Verletzung bei K-Mesonen
Betreuer: A. Winhart
Vortragende: Studenten des Seminar I
Erläuterung: Die Messung von CP-Verletzung hat entscheidend zur Entwicklung des jetzigen Standardmodells der Teilchenphysik beigetragen und ist wesentlich bei der Suche nach neuer Physik.

Thema: Produktion und Massenmessung des TOP-Quarks
Betreuer: L. Masetti
Vortragende: Studenten des Seminar I + II
Erläuterung: Das Top-Quark wurde erst in 1995 entdeckt und seine Produktionsmechanismen und Eigenschaften werden immer praeziser gemessen.

Thema: Suche nach neuer Physik mit dem Top-Quark
Betreuer: L. Masetti
Vortragende: Studenten des Seminar II
Erläuterung: Das Top-Quark ist das schwerste Teilchen im Standardmodell und deswegen ein Fenster zur neuen Physik. Am LHC, wo Top-Quarks in grossen Mengen produziert werden, wird damit nach neuen Teilchen gesucht.

Thema: Die Suche nach dem Higgs-Boson
Betreuer: C. Schmitt
Vortragende: Studenten des Seminar I
Erläuterung: In dem Vortrag soll ein Überblick über die Suchen nach dem Higgs-Boson gegeben werden (angefangen bei LEP über Tevatron hin zum LHC).

Thema: Aktuelle Messungen zum Higgs-Boson mit dem ATLAS-Detektor
Betreuer: C. Schmitt
Vortragende: Studenten des Seminar II
Erläuterung: Hier soll spezieller auf eine oder mehrere Messungen näher eingegangen werden (z.B. die mögliche Messung von Higgs-Eigenschaften am LHC).

Thema: Suche nach der Signatur von Grand Unified Theories und Extra Dimensions.
Betreuer: F. Ellinghaus
Vortragende: Studenten des Seminar II
Erläuterung: Viele Erweiterungen des Standard Modells der Teilchenphysik sagen kurzlebige Teilchen (Resonanzen) voraus, die als Übermittler neuer Kräfte auftreten. In diesem Vortrag soll das Konzept und die besonderen Herausforderungen solcher Suchen diskutiert werden.

Thema: Bestimmung der Partonstruktur bei LHC
Betreuer: F. Ellinghaus
Vortragende: Studenten des Seminar iI
Erläuterung: Sowohl für die Suche nach Prozessen neuer Physik wie auch für Präzisionsmessungen ist die genaue Kenntnis der dynamischen Struktur von Protonen (also der Verteilung der farbgeladenen Quarks und Gluonen im farblosen Nukleon) wesentlich. Die Methodik zur Bestimmung dieser so genannten Partonverteilungen und sensitive Prozesse am LHC sollen anhand neuester Daten diskutiert werden.

Thema: Präzisionsmessungen zur elektroschwachen Wechselwirkung
Betreuer: S. Tapprogge
Vortragende: Studenten des Seminar II
Erläuterung: Die Vorhersagekraft des Standard-Modells der Teilchenphysik ist in den             letzten 20 Jahren eindrucksvoll durch Präzisionsmessungen bestätigt worden. In diesem Vortrag sollen Methoden und aktuelle Ergebnisse zur Bestimmung so genannter elektroschwacher Parameter (z.B. des elektroschwachen Mischungswinkels) vorgestellt und diskutiert werden.