Suche nach einer vierten Fermion-Generation mit dem CMS Detektor am "Large Hadron Collider"

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Die in der Natur vorkommende stabile Materie besteht aus Elementarteilchen der ersten Fermion- Generation, dem Elektron, sowie den up- und down-Quarks. Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik macht keine Aussage über die Anzahl der möglichen Fermion-Generationen. Gegenwärtig sind drei Generationen bekannt, drei Quark- sowie drei Leptongenerationen, jedoch ist eine vierte bislang unentdeckte Generation eine theoretisch höchst interessante Option. Zahlreiche Probleme der Physik können mit diesem Modell gelöst werden. Beispiele sind die Lösung des starken CP Problems, die Erklärung der Materie-Antimaterie Asymmetrie im Universum, die Erklärung von CP Verletzung unbekannter Herkunft im B-Sektor, sowie die Bereitstellung von Kandidaten für dunkle Materie. Der Nachweis von Leptonen und Quarks der vierten Generation ist bisher nicht gelungen, da die notwendigen experimentellen Bedingungen nicht zur Verfügung standen. Es ist das Ziel dieses Forschungsprojektes, eine eindeutige experimentelle Antwort auf die Frage nach der Existenz einer vierten Generation zu finden. Der CMS Detektor ist das denkbar beste Werkzeug für diese Suche. Bei der Inbetriebnahme des CMS Detektors im Jahr 2010 hat sich gezeigt, dass die hierfür notwendigen Techniken zur Ereignisrekonstruktion besser als erwartet funktionieren. Eine Entdeckung könnte daher im günstigsten Fall bereits mit den bis Ende 2011 gesammelten Daten möglich sein. Aufgrund der hohen Kollisionsenergie des LHC wird in wenigen Jahren der vollständige theoretisch erlaubte Massenbereich der Messung zugänglich sein. Wir werden daher eine historisch relevante Aussage treffen können, entweder die Entdeckung oder den Ausschluss einer vierten Generation.