Programm – 09.50: Begrüßung und Umfrage – 11.30: Vorträge

Präsentation zum Thema: "Programm – 09.50: Begrüßung und Umfrage – 11.30: Vorträge"—  Präsentation transkript:

1 Programm 09.30 – 09.50: Begrüßung und Umfrage 09.50 – 11.30: Vorträge
Ein Universum voller Teilchen Einführung in die Teilchenphysik Das Unsichtbare sichtbar machen Detektoren und Wechselwirkung von Teilchen mit Materie 11.30 – 12.00: Pause (Mittagessen) 12.00 – 14.00: PC-Übung und Auswertung Einführung in die PC-Übung PC-Übung Auswertung 14.00 – 14.10: Pause 14.10 – 15.30: Abschlussvortagr, Quiz und Umfrage

2 Ein Universum voller Teilchen
Einführung in die Teilchenphysik Martin Mamach

3 Motivation Warum?

4 Motivation

5 Motivation Was?

6 Motivation Kollisionen Maschine

7 Motivation Alle uns bekannten Bausteine

8 Motivation Alle uns bekannten Bausteine 4%

9 Motivation Kräfte

10 Motivation Kräfte

11 Motivation Kräfte

12 Motivation Kräfte

13 Motivation Freude und Begeisterung

14 Motivation Freude und Begeisterung
... Begründung für 174 Millionen Euro (2010)

15 Motivation Grundlagen der Physik der Elementarteilchen und von Detektoren Teilchenzoo des Standardmodels Arbeitsweise von Beschleunigern Themen aktueller Forschung (Gelehrt ab dem 5. Semester des Physikstudiums) Verständnis wissenschaftlicher Arbeit Womit und wie werden Teilchen erkannt Datenanalyse mit echten Daten Superlative in der modernen Physik CERN Andere Teilchen- und Astroteilchenphysik

16 Motivation

17 Motivation

18 Motivation

19

20 Motivation - Spielregeln
Ihr fragt etwas Wir fragen etwas Interesse am Thema Zum Nachdenken anregen Ausführlichere Erklärung Probleme?

21 Motivation - Spielregeln
Ihr fragt etwas Wir fragen etwas Interesse am Thema Zum Nachdenken anregen Ausführlichere Erklärung Probleme? Mitarbeit verbessert es für beide Seiten

22 Motivation - Spielregeln
Ihr fragt etwas Wir fragen etwas Interesse am Thema Zum Nachdenken anregen Ausführlichere Erklärung Probleme? Mitarbeit verbessert es für beide Seiten Es gibt keine dummen Fragen! Schätzen ist die Aufforderung etwas falschen zu sagen!

23 Ein Universum voller Teilchen
Einführung in die Teilchenphysik Martin Mamach

24 Woran oder wodurch können wir die Ereignisse unterscheiden ?
Aller Anfang … In ca. 6 Gruppen teilen Jede Gruppe bekommt 14 Ereignisse Woran oder wodurch können wir die Ereignisse unterscheiden ? Bsp.: Anzahl der Richtungen in welche die Spuren fliegen.

25 Bevor wir die Spuren untersuchen und verstehen können ...
Spurensuche Bevor wir die Spuren untersuchen und verstehen können ... ... müssen wir wissen, womit wir es zu tun hat.

26 Aufbau der Materie Stecknadelkopf: 10-3m = 0,001m Elektron, Quark:
Proton 10-9 m Molekül 10-14 m Atomkern <10-18 m Quark, 10-10 m Atom 1/10.000 1/10 ~ 0,01 m Kristall 1/ 1/1.000 Elektron

27 Andere Einheiten Größe: 1 fm = 1 Femtometer („Fermi“) = m (1 µm = fm) Energie: 1 eV = 1 Elektronvolt = 1.6 * J (eine Ladung auf einem Meter bei 1 V Spannung) 1 GeV: „viel“ für ein Teilchen, aber makroskopisch winzig: könnte Taschenlampe (1,6 Watt) für ganze 0, Sekunden zum Leuchten bringen

28 Andere Einheiten Größe: 1 fm = 1 Femtometer („Fermi“) = m (1 µm = fm) Energie: 1 eV = 1 Elektronvolt = 1.6 * J (eine Ladung auf einem Meter bei 1 V Spannung) Masse via e = mc-2 : 1 eV = 1.78 * kg ( Protonmasse = 938 MeV ≈ 1 GeV)

29 Streuversuche: Unsichtbares Sichtbar machen
E.Rutherford: Struktur der Atome durch Streuversuche

30 Von Beschleunigern zu Collider
Ein Beschleuniger lenkt einen Strahl von beschleunigten Teilchen auf ein festes Ziel. Collider – zwei kombinierte Beschleuniger: Zwei Teilchenstrahlen werden beschleunigt und zur Kollision gebracht: Größere Energien werden erreicht.

31 Arten von Experimenten
Elektron-Positron-Collider: Präzisionsmessungen LEP, CERN in Genf bis 2000 (bis 105 GeV pro Strahl) ILC (International Linear Collider) ab 2015(?) Elektron-Proton-Collider: Substrukturmessungen HERA, DESY in Hamburg, bis 2007 (e: 30 GeV, p: 920 GeV) Hadron-Hadron-Collider: Enteckungsmaschienen TEVATRON, FERMILAB in Chicago, bis (900 GeV pro Strahl) LHC, CERN in Genf (Proton-Proton) seit (7000 GeV pro Strahl)

32 Wozu mehr Power? Teilchenstrahlen höchster Energie notwendig, denn
mit steigender Energie E (bzw. Impuls p) der Projektile steigt die Fähigkeit, kleine Strukturen Dx zu erkennen Dx Dp = ħ (Heisenberg) die Fähigkeit, neue schwere Teilchen zu erzeugen E = mc2 (Einstein)

33 Wie beschleunigt man Teilchen?

34 Wie beschleunigt man Teilchen?
Nur Verwendung geladene Teilchen

35 Wie beschleunigt man Teilchen?
Nur Verwendung geladene Teilchen (elektrisch) Mit einem elektrischen Feld

36 Wie beschleunigt man Teilchen?
Nur Verwendung geladene Teilchen (elektrisch) Mit einem elektrischen Feld

37 Wie lenkt man ein Teilchen?
Teilchenbahn magnetisches Feld Mit einem Magnetfeld sehr starke Magnetfelder notwendig: hoher Stromverbrauch nur möglich mit supraleitenden Magneten

38 Verschiedene Arten von Beschleunigern
Funktionsprinzip: Linearbeschleuniger: Speicherring:

39 Teilchenbeschleuniger
Notwendige Zubehör: Teilchenbeschleuniger

40 Teilchenbeschleuniger
Zielobjekt: Physik Notwendige Zubehör: Teilchenbeschleuniger Datennehmer: Detektor

41 Grundkräfte 4 bekannte Grundkräfte

42 Austauschteilchen sind die Quanten der Kraftfelder
Grundkräfte 4 bekannte Grundkräfte Austauschteilchen sind die Quanten der Kraftfelder

43 Grundkräfte Elektromagnetische Kraft bekannteste aller Kräfte:
elektrische und magnetische Phänomene Botenteilchen: Photon γ

44 Grundkräfte Starke Kraft - Quantenchronodynamik
Quarks erscheinen nur im Verband (Bsp Proton = |uud> , Neutron = |ddu>) Quarks erscheinen frei beweglich im Verband Grund: Farbneutral 3 Ladungen: rot, grün, blau Eigenschaft der starken Kraft: die notwendige Energie zum separieren von Quarks wächst mit dem Abstand (Analogie: Federkraft) Gluonen tragen Farbladung und koppeln aneinander

45 Grundkräfte Schwache Kraft

46 Grundkräfte Schwache Kraft
Eigenschaften durch Theorie und andere Experimente gut vorhergesagt/bestimmt Später selber bestimmen

47 Bausteine der Materie Stabile Materie: ? ? ?
? ? ? Strukturlose, fundamentale Teilchen: Alle Leptonen Teilchen mit innerer Struktur: Proton, Neutron,…. aufgebaut aus Quarks

48 Bausteine der Materie Stabile Materie: up- und down-Quark, Elektronen
Strukturlose, fundamentale Teilchen: Alle Leptonen Teilchen mit innerer Struktur: Proton, Neutron,…. aufgebaut aus Quarks

49 Das Standard-Modell der Teilchenphysik
Sehr erfolgreiches Modell: Bisher in allen experimentellen Tests gut bestätigt Noch nicht entdeckt, aber schon Hinweise gefunden: Higgs-Boson erklärt, wie Teilchen Masse bekommen

50 Offene Fragen Das Standard-Modell der Teilchenphysik hat bis jetzt allen experimentellen Tests erfolgreich standgehalten, lässt aber viele Fragen offen:

51 Offene Fragen Das Standard-Modell der Teilchenphysik hat bis jetzt allen experimentellen Tests erfolgreich standgehalten, lässt aber viele Fragen offen: Woher kommt die Masse (Higgs-Teilchen)? Was ist der Ursprung der Materie und wo ist die fehlende Antimaterie (CP-Verletzung)?

52 Offene Fragen Das Standard-Modell der Teilchenphysik hat bis jetzt allen experimentellen Tests erfolgreich standgehalten, lässt aber viele Fragen offen: Woher kommt die Masse (Higgs-Teilchen)? Was ist der Ursprung der Materie und wo ist die fehlende Antimaterie (CP-Verletzung)? Gibt es eine fundamentale Kraft? Welche Symmetrie liegt unserer Welt zugrunde? Gibt es zusätzliche Dimensionen?

53 Offene Fragen Das Standard-Modell der Teilchenphysik hat bis jetzt allen experimentellen Tests erfolgreich standgehalten, lässt aber viele Fragen offen: Woher kommt die Masse (Higgs-Teilchen)? Was ist der Ursprung der Materie und wo ist die fehlende Antimaterie (CP-Verletzung)? Gibt es eine fundamentale Kraft? Welche Symmetrie liegt unserer Welt zugrunde? Gibt es zusätzliche Dimensionen? Kennen wir alle Teilchen (Supersymmetrie, 4. Generation)? Wir kennen nur einen kleinen Teil des Universums (Dunkle Materie und dunkle Energie)!

54 LHC mit ATLAS, CMS, ALICE und LHCb
Offene Fragen Das Standard-Modell der Teilchenphysik hat bis jetzt allen experimentellen Tests erfolgreich standgehalten, lässt aber viele Fragen offen: Woher kommt die Masse (Higgs-Teilchen)? Was ist der Ursprung der Materie und wo ist die fehlende Antimaterie (CP-Verletzung)? Gibt es eine fundamentale Kraft? Welche Symmetrie liegt unserer Welt zugrunde? Gibt es zusätzliche Dimensionen? Kennen wir alle Teilchen (Supersymmetrie, 4. Generation)? Wir kennen nur einen kleinen Teil des Universums (Dunkle Materie und dunkle Energie)! LHC mit ATLAS, CMS, ALICE und LHCb

55 Teilchenbeschleuniger
Zielobjekt: Physik Notwendige Zubehör: Teilchenbeschleuniger Datennehmer: Detektor