Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 FelderTeilchen Elektro- magnetismus Spezielle Relativität Quantenmechanik Welle-Teilchen Dualismus.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 FelderTeilchen Elektro- magnetismus Spezielle Relativität Quantenmechanik Welle-Teilchen Dualismus."—  Präsentation transkript:

1 FelderTeilchen Elektro- magnetismus Spezielle Relativität Quantenmechanik Welle-Teilchen Dualismus Spin/Fermion-Boson Antimaterie W Bosons QED Maxwell SUSY Higgs Superstrings Universum Newton Kinetische Gastheorie Brownsche Bewegung Allgemeine Relativität Big Bang Nukleosynthese Inflation Atom Kern e-e-e-e- p+p+p+p+ n Teilchen- zoo u μ -μ -μ -μ - π νeνeνeνe νμνμνμνμ ντντντντ ds c τ-τ-τ-τ- τ-τ-τ-τ- b t Galaxien; Ausdehnung des Universums Kernfusion Kosmische Hintergrundstrahlung GUT ν Masse QCDFarbladung Dunkle Energie Dunkle Materie WZ g Photon Schwache WW +e++e+ -p--p- Fermi Theorie Yukawa π Austausch Boltzmann Radio- aktivität Technologien Geiger Wolken Blasenkammer Zyklotron DetektorBeschleuniger Höhen- strahlung Synchrotron e + e - Ring p + p - Ring Strahlkühlung Vieldrahtkammer Prozessrechner WWW GRID Moderne Detektoren P, C, CP Verletzung STANDARD MODEL EW Vereinigung 3 Teilchenfamilien Inhomogenität der Hintergrundstrahlung(C OBE, WMAP) Elektromagnetismus Starke WW 3

2 TEILCHENSPEKTRUM Ein neues schweres Elektron mit M= 3500 m e Gerade war das Standard-Modell mit zwei Familien von Leptonen und Quarks etabliert... MIT DER NEUEN LOGIK DER LEPTON-QUARK SYMMETRIE ein weiteres Neutrino (the tau neutrino ), und zwei weitere Quarks ( top and bottom ). Leptons 1975 Marty Perl's Logbook... und wer hatte das bestellt?...da fand man am SLAC ein drittes Lepton!

3 TEILCHENSPEKTRUM Quarks c c u u d d s s νeνeνeνe νeνeνeνe νμνμνμνμ νμνμνμνμ e-e- e-e- µ-µ- µ-µ- Leptons t t b b νtνtνtνt νtνtνtνt τ-τ- τ-τ- Die Suche nach den fehlenden Familienmitgliedern begann... new 1975

4 TEILCHENSPEKTRUM Entdeckung desBottom Quark (Fermilab) Quarks 1977 entdeckten Physiker am Fermilab (nahe Chicago) ein neues Meson (genannt Upsilon ) Seine Eigenschaften passten auf den Steckbrief eines Mesons, das aus einem bottom/anti-bottom Quark Paar bestand. Daraus folgte dass das Bottom quark die elektrische Ladung -1/3 und eine Masse von ca. 5 GeV hatte c c u u d d s s Quarks νeνeνeνe νeνeνeνe νμνμνμνμ νμνμνμνμ e-e- e-e- µ-µ- µ-µ- Leptons t t b b νtνtνtνt νtνtνtνt τ-τ- τ-τ-

5 TEILCHENSPEKTRUM Entdeckung desTop Quark (Fermilab) Quarks 1995 c c u u d d s s Quarks t t b b

6 FelderTeilchen Elektro- magnetismus Spezielle Relativität Quantenmechanik Welle-Teilchen Dualismus Spin/Fermion-Boson Antimaterie W Bosons QED Maxwell SUSY Higgs Superstrings Universum Newton Kinetische Gastheorie Brownsche Bewegung Allgemeine Relativität Big Bang Nukleosynthese Inflation Atom Kern e-e-e-e- p+p+p+p+ n Teilchen- zoo u μ -μ -μ -μ - π νeνeνeνe νμνμνμνμ ντντντντ ds c τ-τ-τ-τ- τ-τ-τ-τ- b t Galaxien; Ausdehnung des Universums Kernfusion Kosmische Hintergrundstrahlung GUT ν Masse QCDFarbladung Dunkle Energie Dunkle Materie WZ g Photon Schwache WW +e++e+ -p--p- Fermi Theorie Yukawa π Austausch Boltzmann Radio- aktivität Technologien Geiger Wolken Blasenkammer Zyklotron DetektorBeschleuniger Höhen- strahlung Synchrotron e + e - Ring p + p - Ring Strahlkühlung Vieldrahtkammer Prozessrechner WWW GRID Moderne Detektoren P, C, CP Verletzung STANDARD MODEL EW Vereinigung 3 Teilchenfamilien Inhomogenität der Hintergrundstrahlung(C OBE, WMAP) Elektromagnetismus Starke WW Neutrino trail

7 TEILCHENSPEKTRUM Fred Reines Neutrinos1956 Entdeckung des (Elektron) Neutrinos Kernreaktoren (n-Zerfall) sind eine starke Anti-Neutrino-Quelle Koinzidenz-Signal von Positron-Annihilation und Neutroneneinfang Die Geschichte der Neutrinos

8 TEILCHENSPEKTRUM Jack Steinberger, 1962 "Muon" Neutrino Leptonenerhaltungssatz: es muss auch ein Muon -Neutrino geben 1962Neutrinos e e - μ μ -

9 TEILCHENSPEKTRUM Neutrinos2000 Entdeckung des Tau-Neutrinos (2000) DONUT collaboration (Fermilab)

10 TEILCHENSPEKTRUM Neutrinos1992 Es gibt genau 3 Familien von Neutrinos (mit M < 45 GeV) Am LEP wurde die Zerfallsbreite des Z o gemessen

11 TEILCHENSPEKTRUM Haben Neutrinos eine Ruhemasse ? νeνeνeνe νeνeνeνe νμνμνμνμ νμνμνμνμ νtνtνtνt νtνtνtνt Neutrino-Oszillationen Teilchen werden durch Wellen (mit definierter Frequenz) beschrieben Wenn die Frequenz ähnlich ist entstehen Schwebungen ---> Neutrino-Oszillationen

12 TEILCHENSPEKTRUM Entdeckung von Neutrino-Oszillationen 1998 Beobachtung: ein Defizit von etwa 50% dieser Muon- Neutrinos, die von unten kommen sollten (Erddurchquerer) Erklärung: diese Muon-Neutrinos oszillieren in einen anderen Neutrino-Typ (z.B. Tau-Neutrinos) Muon-Neutrinos werden von kosmischen Strahlen in der oberen Atmosphäre und nachfolgendem Pion- und Muon-Zerfall erzeugt.

13 TEILCHENSPEKTRUM Neutrino Oscillations ~8·10 -5 eV 2 ~ 2.5·10 -3 eV Neutrinos besitzen eine Masse Man kennt zwar ihre absolute Masse nicht (der Limit für das Elektron- Neutrino ist ca. 3 eV), aber man kennt die Massendifferenzen.

14 DAS STANDARD MODEL (heute)

15 FelderTeilchen Elektro- magnetismus Spezielle Relativität Quantenmechanik Welle-Teilchen Dualismus Spin/Fermion-Boson Antimaterie W Bosons QED Maxwell SUSY Higgs Superstrings Universum Newton Kinetische Gastheorie Brownsche Bewegung Allgemeine Relativität Big Bang Nukleosynthese Inflation Atom Kern e-e-e-e- p+p+p+p+ n Teilchen- zoo u μ -μ -μ -μ - π νeνeνeνe νμνμνμνμ ντντντντ ds c τ-τ-τ-τ- τ-τ-τ-τ- b t Galaxien; Ausdehnung des Universums Kernfusion Kosmische Hintergrundstrahlung GUT ν Masse QCDFarbladung Dunkle Energie Dunkle Materie WZ g Photon Schwache WW +e++e+ -p--p- Fermi Theorie Yukawa π Austausch Boltzmann Radio- aktivität Technologien Geiger Wolken Blasenkammer Zyklotron DetektorBeschleuniger Höhen- strahlung Synchrotron e + e - Ring p + p - Ring Strahlkühlung Vieldrahtkammer Prozessrechner WWW GRID Moderne Detektoren P, C, CP Verletzung STANDARD MODEL EW Vereinigung 3 Teilchenfamilien Inhomogenität der Hintergrundstrahlung(C OBE, WMAP) Elektromagnetismus Starke WW ?????????????????????

16 100 GeV 1 GeV 1 MeV 0.01 eV 1 TeV 16 1) Wie kommen Teilchen zu ihrer Masse - durch das Higgs Feld ? DIE RÄTSEL DES 21. JAHRHUNDERTS

17 Sir Peter Higgs Was ist so besonders am Higgs-Feld? Es füllt das gesamte Universum gleichmässig (seit dem Big Bang) Es gibt jedem Teilchen (auch den neu entstehenden) seine exakte Masse Es ist wie eine kosmische DNS (die Erbinformation des Universums) Eine Party-Gesellschaft... Das Higgs-Feld..... ein berühmter Gast will den Raum durchqueren ein neues Teilchen wird erzeugt..... wird aber von den Gästen umringt und kommt nur schwer voran das Higgs-Feld macht das Teilchen schwer...

18 DIE RÄTSEL DES 21. JAHRHUNDERTS Sir Peter Higgs Das Higgs-Teilchen Ein Gerücht wird in die Party-Gesellschaft gerufen... Das Higgs-Feld..... alle kommen zusammen und tuscheln über die Nachricht erzeugt seine erste Anregung, das Higgs-Teilchen...

19 Wichtig: Es könnte aber auch andere Erklärungen geben, die ähnliche Effekte wie das Higgs-Feld erzeugen (z.B. Supersymmetrie) DIE RÄTSEL DES 21. JAHRHUNDERTS Versuch einer Visualisierung des Higgs-Feldes / Higgs- Bosons

20 DIE RÄTSEL DES 21. JAHRHUNDERTS Entdeckung eines neuen Teilchens am LHC ( ) FrancoisEnglertPeterHiggs

21 DIE RÄTSEL DES 21. JAHRHUNDERTS Was genau wurde entdeckt? Ein neues Teilchen mit einer Masse ~125 GeV, schwerer als W und Z Bosonen, leichter als ein Top Quark Signifikanz der Entdeckung: ATLAS: 5.9 σ CMS: 5.0 σ Ein Boson (Spin 0 oder 2), da es in zwei Photonen zerfallen kann Noch unklar: Ist es DAS Standardmodell Higgs-Boson? Oder ein SUSY Higgs? Dann sollte es mindestens 5 verschiedene Higgs-Teilchen geben (und wir haben nur das erste davon gefunden) Wir werden Ende 2012 mehr wissen… > 1 :

22 2) Supersymmetrie zwischen Teilchen und Feldern ? Materie -Teilchen (Spin 1/2= Fermion) wechselwirken miteinander durch den Austausch von Feld -Teilchen (Spin 1= Boson). Alle Teilchen (Elektronen, Neutrinos, Quarks) wechselwirken durch W/Z Feldteilchen Teilchen mit elektrischer Ladung (e.g. Elektronen, Quarks) wechselwirken durch Photonen Teilchen mit Farbladung (Quarks) wechselwirken durch Gluonen Wenn es eine Supersymmetrie zwischen Teilchen und Feldern gibt: Materie-Teilchen haben einen Feldteilchen-Partner Feldteilchen haben einen Materie-Teilchen-Partner Spin 1/2Spin 0, Spin 1 electronselectron (S=0) quarksquark (S=0) photinophoton (S=1) gluinogluon (S=1) gaugino (Wino, Zino)W, Z (S=1) Noch nie wurde ein supersymmetrisches Teilchen beobachtet - falls sie existieren, müssen sie eine grosse Masse (>0.5-1 TeV) haben DIE RÄTSEL DES 21. JAHRHUNDERTS

23 Warum Supersymmetrie? 2) Schutz des (skalaren) Higgs-Bosons (M ~ 10 2 GeV) vor dem Einfluss von Vakuumfluktuationen (~10 19 GeV) 3) Vereinigung von elektroschwacher und starke WW bei ~10 17 GeV 1) Eine fundamentale Raum-Zeit-Symmetrie 4) Mögliche Erklärung der kosmologischen Materie-Antimaterie-Asymmetrie 5) Dunkle Materie ?

24 Supersymmetrie ist relativ einfach zu berechnen: == e = electron e = selectron ~ = photon = photino ~ Teilchen und Super-Partner lassen sich einfach austauschen

25 Wir+Planeten+Sterne SUSY = Dunkle Materie-Teilchen? Überbleibsel vom Big Bang? DIE RÄTSEL DES 21. JAHRHUNDERTS

26 Was sind Teilchen? Sieht ein Graviton mehr als 3 Raumdimensionen? Quanten-Gravitation ? Superstrings in 10 Dimensionen? Sind Teilchen kleine Strings die im 10-dimensionalen Raum vibrieren? Länge ~ m (Planck Länge) Verschiedene Schwingungsmoden entsprechen verschiedenen Teilchen Graviton ist im Spektrum enthalten! Aber: Es gibt keine Voraussage, warum und wie die zusätzlichen Dimensionen verschwunden sind. Es gibt keine eindeutige Möglichkeit, die Eigenschaften der Teilchen vorherzusagen. Die Gravitation könnte deshalb so schwach sein weil sich die Gravitation in 4 oder mehr Raum-Dimensionen ausbreitet und damit aus unserem 3- dimensionalen Universum entkommt. Kollisionen im LHC könnten dann mikroskopische schwarze Löcher erzeugen. DIE RÄTSEL DES 21. JAHRHUNDERTS

27 Die Fragen des 21. Jahrhunderts : Phantastischer Fortschritt im Verständnis von Materie und Universum Was sind Teilchen? Sind Quarks und Leptonen wirklich elementar? Was macht die Teilchenfamilien aus? Warum gibt es genau drei? Wo liegt die Verbindung zwischen Quarks und Leptonen (identische Ladung!!) Was ist die dunkle Materie? Was ist dunkle Energie? Wie ist die Antimaterie verschwunden? Was hat die kosmische Inflation ausgelöst? Was ist der Ursprung der Naturkonstanten? Was bestimmt ihre relative Grösse? Ist das Leben im Universum ein Zufall? Kann die Natur durch ein einziges Gesetz beschrieben werden? Warum hat das Vakuum eine so geringe Energie? Wir wissen heute woraus die Materie besteht. Wir kennen auch die wichtigsten Etappen in der Entstehung des Universums Neue, tiefere Fragen: Die Physik des 21. Jahrhunderts...


Herunterladen ppt "1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 FelderTeilchen Elektro- magnetismus Spezielle Relativität Quantenmechanik Welle-Teilchen Dualismus."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen