Tizian Römer – Physik

Master Thesis

Higher-Order Electroweak Corrections to Dark Matter Direct Detection in the Dark Complex Scalar Extension of the Standard Model

In my master thesis I discussed a hypothetical extension of the Standard Model of Elementary Particles, which includes the description of a new particle that is a candidate for a Dark Matter particle. Since in this model the cross-section, a quantity that can be measured in current Dark Matter detection experiments, vanishes in the leading order approximation, I took into account higher order corrections to arrive at a non-vanishing cross-section result.

Below you find two versions of my thesis: The official one I handed in for my degree, as well as an inofficial one, which contains some more footnotes or other minor additions as well as an appendix chapter Quantum Field Theory and the Standard Model for Non-Physicists.

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Bachelorarbeit

Optimierung der Positionsbestimmung der Sensoreinheiten der Magnetfeldüberwachung des KATRIN-Hauptspektrometers

Ziel des KATRIN-Experiments, das gegenwärtig am KIT durchgeführt wird, ist die Bestimmung der Masse des Elektronneutrinos. Dabei werden Elektronen von diversen Magnetfelder durch das dutzende Meter lange Experiment geleitet. Zur Überwachung des Magnetfeldes werden an bestimmten Orten Magnetfeldsensoren eingesetzt, deren Nutzen nur dann gegeben ist, wenn deren Position im Raum möglichst genau bekannt ist. Meine Bachelorarbeit bestand hauptsächlich darin, einen Algorithmus zu entwickeln und zu programmieren, mit dessen Hilfe man die Position und Ausrichtung der Magnetfeldsensoren sowie die Fehler in diesen Größen anhand einfach zu ermittelnder Messwerte berechnen kann.

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Theorie der kondensierten Materie I

Basierend auf der Vorlesung von Prof. Dr. Alexander Shnirman aus dem WS18/19 habe ich das Folgende Skript zusammengestellt. Es besteht aus zwei Hand-in-Hand-gehenden PDF-Dateien. Eine PDF-Datei dient als Übersicht (eine Art sehr ausführliche Formelsammlung), in den "Hintergrundrechnungen" sind sämtliche Herleitungen/Rechnungen ausführlichst ausgeführt. Dabei dient die Übersicht als Basis des Skripts; falls Rechnungen zu langwierig für die Übersicht sind, wird von dort auf den entsprechenden Abschnitt in den Hintergrundrechnungen verwiesen.

Behandelte Themen sind unter Anderem: Bloch-Theorem, Elektronen in Festkörpern, Dynamik unter externen Feldern, Magnetismus, die Boltzmann-Gleichung, Wechselwirkendes Fermi-Gas, Phononen, BCS-Theorie und Supraleitung.

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Die Vorlesung TKM II habe ich nicht mehr besucht, daher gibt es hierzu auch kein Skript.

Quantum Field Theory

Based on the lecture of Prof. Dr. Dieter Zeppenfeld in the summer term 2017, the textbook of Peskin & Schröder and other sources I wrote the following script. It contains two PDF files that go hand in hand. One of the files is an overview (kind of a extensive formulary); in the "background calculations" file all derivation and calculations are carried out in great detail. The overview file is the basis of the script; if calculations are to long for the overview it will be refered to the corresponding section in the background calculations.

Covered topics include Classical Field Theory, Field Quantization, Interactions, QED, Renormalization of QED, Functional Integrals, Non-Abelian Gauge Theories, The Higgs Mechanism and Electroweak Theory.

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The script is not yet in state where I would call it "fnished". Some topics are not covered in satisfying detail, some things may even be stated wrongly; work is still in progress.