Experimentelle Teilchenphysik
Abteilung Prof. Schumacher
Unsere Gruppe untersucht mithilfe des ATLAS-Detektors am Large
Hadron Collider (LHC), der sich am CERN in Genf befindet, den Ursprung
der elektroschwachen Symmetriebrechung und der Massen elementarer
Teilchen. Dazu analysieren wir Daten aus Proton-Proton-Kollisionen und
engagieren uns im Betrieb des Detektors. Die Enträtselung des Ursprungs der elektroschwachen
Symmetriebrechung ist eine der faszinierendsten und wichtigsten Fragen
der aktuellen teilchenphysikalischen Forschung. Die Großexperimente am
LHC konnten mit dem Nachweis eines Higgs-Bosons 2012 einen großen
Erfolg in der Klärung dieser Frage feiern, da die Existenz eines
Higgs-Bosons bereits in den 1960er Jahren durch den
Higgs-Brout-Englert-Kibble-Guralnik-Hagen-Mechanismus vorausgesagt,
aber nie nachgewiesen wurde. Dieses skalare (Spin=0) Elementarteilchen stellt die Anregung
eines omnipräsenten Feldes dar, welches im Standardmodell (SM) der
Teilchenphysik u.a. die Beobachtung massiver Eichbosonen
erklärt. Seine Masse war der letzte unbekannte Parameter des
Standardmodells, und eine genaue Bestimmung seiner anderen
Eigenschaften lässt Rückschlüsse auf Physik jenseits des
Standardmodells zu. Nach dem im Juli 2012 das Higgs-Boson über den Zerfall in
elektroschwache Eichbosonen entdeckt wurde, konnte im Jahre 2013 unter
signifikanter Mitarbeit unserer Gruppe Evidenz für den Zerfalls des
Higgs-Bosons in zwei Tau-Leptonen nachgewiesen werden. Diese Messung
liefert wichtige Beiträge zur globalen Bestimmung der Kopplungen des
Higgs-Bosons an die unterschiedlichen Teilchenspezies. Darüber hinaus eröffnet der Zerfall H→ττ die Möglichkeit, die
CP-Natur des gefundenen Higgs-Bosons zu vermessen. Da das Higgs-Boson
im Standardmodell CP-gerade ist, würde der Nachweis eines CP-ungeraden
Anteils des Signals auf Physik jenseits des Standardmodells
hinweisen. Dazu können die Verteilungen bestimmter Observablen
(z.B. so genannter Optimaler Variablen) in Ereignissen mit
Gluonen-Fusion oder Vektor-Bosonen-Fusion untersucht werden.
Diese Fragen können nur am LHC als weltweit leistungsstärkstem
Teilchenbeschleuniger untersucht werden: seit 2015 kollidiert der LHC
Protonen bei einer neuen Schwerpunktenergie von 13 TeV. Der Datensatz
der Jahre 2015-2018 entspricht dabei mehr als dem fünffachen der
Datenmenge aus der ersten Datennahmeperiode. Unsere Forschungsaktivitäten konzentrieren sich auf Studien von
Higgs-Bosonen im Standardmodell. Darüber hinaus ist unsere Gruppe verantwortlich für den Betrieb und
Ausbau eines sogenannten Tier-2-Rechenzentrums für die Datenanalyse am
LHC. Dieses Tier-2-Grid-Cluster ist Teil des ATLAS-Computing-Modells
und in das Worldwide LHC Computing Grid (WLCG) und in das
interdisziplinäre Freiburger Black Forest Grid (BFG) eingebettet. Die folgenden Themen bilden den Schwerpunkt unserer
Forschungstätigkeit: