Studie zu supersymmetrischen Prozessen mit Taus im ... - LHC/ILC

2 Das Standardmodell der
Teilchenphysik und seine minimale
supersymmetrische Erweiterung
In diesem Kapitel wird der theoretische Rahmen der vorliegenden Analyse erläutert. Dazu
wird zuerst der heutige Stand der Teilchenphysik kurz zusammengefasst und die Notwendigkeit
einer Erweiterung motiviert. Im zweiten Teil des Kapitels werden die theoretischen
Grundlagen supersymmetrischer Modelle dargestellt und die erwartete Phänomenologie für
das in dieser Arbeit betrachtete Szenario abgeleitet.
2.1 Das Standardmodell der Teilchenphysik
Im Standardmodell der Teilchenphysik wird die Materie als aus Elementarteilchen aufgebaut
verstanden, aus deren Wechselwirkungen prinzipiell die gesamte Physik abgeleitet werden
kann. Die mathematische Formulierung hiervon geschieht in einer SU(3)C ×SU(2)L ×
U(1)Y -Eichtheorie, in der die beobachteten Elementarteilchen in Form von Quantenfeldern
dargestellt werden und Kräfte sich als Folge von Symmetrien ergeben. Die Gravitation
wird als einzige der vier bekannten, fundamentalen Wechselwirkungen noch nicht von dieser
Theorie beschrieben.
2.1.1 Teilchen und Wechselwirkungen
Die bekannten Elementarteilchen können in Fermionen und Bosonen klassifiziert werden:
Fermionen sind Teilchen mit halbzahligem Spin und stellen die Bausteine der Materie dar,
während die Bosonen, Teilchen mit ganzzahligem Spin, die Wechselwirkungen übermitteln.
Es gibt vier fundamentale Kräfte: die durch Photonen übermittelte elektromagnetische, die
durch W ± - und Z 0 -Bosonen übertragene schwache und die durch acht Gluonen übermittelte
starke Kraft sowie die Gravitation, die in der Teilchenphysik noch eine Sonderrolle
einnimmt, da sie bisher nicht in den einheitlichen Formalismus, der die anderen drei Wechselwirkungen
beschreibt, eingebunden werden konnte. Auf den für teilchenphysikalische
Prozesse relevanten Größenskalen ist die Gravitationskraft jedoch vernachlässigbar klein,
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