Anomales magnetischen Moment des tau-Leptons

Das Standardmodell der Teilchenphysik (SM) ist sehr erfolgreich im Beschreiben der physikalischen Vorgänge im subatomaren Bereich. Doch trotz dieser Erfolge kann die Theorie nicht als vollständig betrachtet werden. Sie vermag z.B. nicht zu erklären woraus die dunkle Materie und dunkle Energie im Weltraum bestehen. Zudem enthält sie Parameter die nicht fundamental sind und sie ist nicht mit der Allgemeinen Relativitätstheorie vereinbar. Allerdings gibt es auch kein experimentelles Resultat welches den Voraussagen des SM eindeutig widersprechen würde. Es liegen verschiedene Vorschläge vor wie man das SM erweitern oder ändern könnte um die Unzulänglichkeiten der Theorie zu beheben. Um die richtige Erweiterung zu finden wird experimentelle Evidenz jedoch von entscheidender Bedeutung sein. Die experimentelle Suche nach Anzeichen von Physik Beyond the Standard Modell (BSM) wird in verschiedenen Bereichen betrieben. Nachdem am LHC am CERN das Higgs Boson gefunden wurde hat man die vorhandenen Daten auf unterschiedlichste Weise nach Hinweisen auf BSM Effekte durchsucht. Bis jetzt allerdings ohne Erfolg. Als Alternative zu den Hochenergieexperimenten haben sich Präzisionsmessungen bei tieferen Energien etabliert um nach Hinweisen von BSM zu forschen. Die Messung des anomalen magnetischen Momentes von Leptonen (Elektron, Muon, Tauon) erweist sich dabei als besonders vielversprechend. Das magnetische Moment des Elektrons wurde speziell genau vermessen und stimmt bis auf 10 Stellen mit dem SM Wert überein. Beim magnetischen Moment des Muons hingegen könnten sich erste Hinweise auf eine Abweichung vom SM Wert ergeben. Die bisher genauste Messung weicht vom SM Wert ab. Das Resultat hat jedoch nicht die geforderte Signifikanz von 5- Sigma und weitere Untersuchungen müssen daher abgewartet werden. Da der mögliche Einfluss von BSM auf den Wert des magnetischen Momentes von Leptonen proportional zum Quadrat der Masse des Leptons ist, kann man erwarten, dass eine entsprechende Messung am Tau-Lepton, dem schwersten der drei Leptonen, die größte Sensitivität hat. Wegen der kurzen Lebensdauer der Tau-Leptonen sind die Methoden die man für die Messung am Elektron und Muon verwendet nicht praktikabel. Ultraperiphere Stöße (UPC) von schweren Ionen bieten eine Möglichkeit Tau-Leptonen in einer wohl definierten Umgebung zu untersuchen. In UPC ist der Abstand der involvierten Ionen größer als die Summe der Ionenradien. Es kommt also zu keiner direkten Kollision der Kerne. Allerdings entstehen durch die sich mit hoher Geschwindigkeit bewegenden Ionen starke elektromagnetische Felder. Diese können als Fluss von Photonen betrachtet werden weshalb UPCs eine Umgebung darstellen in der gamma-gamma Stöße bei hohen Energien untersucht werden können. In diesem Projekt werden wir ALICE am LHC verwenden um die Produktion von Tau-Leptonen in der Reaktion gamma-gamma nach tau-tau in UPCs zu untersuchen und einen genaueren Wert für das magnetisch Moment des Tau-Leptons bestimmen.