Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Hauptseminar: Der Urknall und seine Teilchen WS 2004/2005 Das Standardmodell der Teilchenphysik 29.10.2004.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Hauptseminar: Der Urknall und seine Teilchen WS 2004/2005 Das Standardmodell der Teilchenphysik 29.10.2004."—  Präsentation transkript:

1 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Hauptseminar: Der Urknall und seine Teilchen WS 2004/2005 Das Standardmodell der Teilchenphysik

2 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Teilchenzoo? Ja!!!

3 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Was ist das Standardmodell? -Beschreibt Teilchen und ihre Wechselwirkungen -Fasst experimentelle Daten zusammen -Macht Vorhersagen über noch unbekannte Teilchen -Bleibt aber nur ein Modell -Stimmt heute schon nicht mehr in allen Details -Felder werden beschrieben durch Austausch von virtuellen Teilchen (Bsp: E-Felder durch Austausch von Photonen)

4 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Inhaltsübersicht: -Vorstoß ins Unbekannte -Welche Elementarteilchen gibt es? -Erhaltungssätze und Symmetrien -Wie funktionieren die Wechselwirkungen? -Bsp: Experiment am CERN -Grenzen des Standardmodells -Zusammenfassung

5 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Vorstoß ins Unbekannte Wie tief kennen wir die Substruktur der Materie? ??? Elementarteilchen: Teilchen ohne Substruktur (kann aber trotzdem in andere zerfallen)

6 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Elementarteilchen: Fermionen

7 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Austauschteilchen: Bosonen

8 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Klassifizierung von Teilchen: Halbzahliger Spin: Fermionen (ein Teilchen im Zustand A) Ganzzahliger Spin: Bosonen (viele Teilchen im Zustand A) Alle ElementarteilchenAlle Wechselwirkungs- teilchen HardronenQuarks und Baryonen (q,q,q) Mesonen (q,anti-q) Alle Leptonen

9 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Symmetrien und Erhaltungssätze SymmetrieErhaltungsgröße ZeitumkehrEnergie Parität (Raumsp.)Impuls C-ParitätLadung IsotropieDrehimpuls Noether-Theorem: Zu jeder Symmetrie eine Erhaltungsgröße Farbladung Baryonenzahl Leptonenzahl

10 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Symmetrien und Erhaltungssätze Bei einigen WW-Prozessen können Symmetrien bzgl. - Parität (Raumspiegelung) -C-Parität (Teilchen und Antiteilchen versch. Verha.) -Zeitumkehr -Isospin -Strangeness, Charmness,... -Quarkzahl -Mesonenzahl verletzt sein.

11 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Wechselwirkungsprozesse Energieerhaltung Impulserhaltung Leptonzahlerhaltung Baryonzahlerhaltung Bei allen Wechselwirkungen gilt insbesondere:

12 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Wechselwirkungen koppeln an Ladungen: -Elektrische WW: elektrische Ladung -Schwache WW: schwache Ladung -Starke WW: Farbladung -Gravitative WW: schwere Masse -Verschiedene Kopplungskonstanten, Reichweiten, Wirkungsquerschnitte

13 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Feynman-Diagramme Versuchen, die WW graphisch darzustellen Nur Symbolisch zu verstehen Zeigt keine Teilchenflugbahnen Zeitachse zeigt nach rechts Pfeil in Zeitrichtung: Teilchen Pfeil in Gegenrichtung: Antiteilchen Pfeil senkrecht: Virtuelles Teilchen

14 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Elektromagnetische Wechselwirkung Quantenelektrodynamik -E-Felder wirken durch Teilchenaustausch -Austauschteilchen Photon oder Gamma -Masselos, unendliche Reichweite -Koppelt an elektrische Ladung -Photoeffekt, Rutherfordstreuung, Comptoneffekt,

15 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Elektromagnetische Wechselwirkung Paarerzeugung Schleifen Elektronenstreuung

16 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Schwache Wechselwirkung A: von Leptonen -Austauschteilen -Bosonen -Große Masse (80/90 GeV), Kurze Reichweite -Koppelt an schwache Ladung -Austauschteilchen selbst schwach und elektrisch geladen: Interaktion der Bosonen

17 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Schwache Wechselwirkung A: von Leptonen Das Boson borgt sich die Energie, die es zu seiner Erzeugung braucht, muss sie aber zurückzahlen, bevor ihr Fehlen erkennbar wird.

18 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Schwache Wechselwirkung A: von Leptonen Zerfall eines Myons über schwache WW. Elektron-Neutrino- Steuung über schwache WW

19 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Schwache Wechselwirkung B: von Hardronen - Auch Quarks tragen schwache Ladung, koppeln daher an schwacher WW. -Quarks können sich dabei in leichtere Quarks umwandeln

20 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Schwache Wechselwirkung B: von Hardronen Quark-Antiquark-Reaktion über schwache WW

21 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Schwache Wechselwirkung B: von Hardronen Beta-Zerfall über schwache WW

22 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Elektro-Schwache Vereinigung -W-Bosonen tragen elektrische Ladung -daher koppeln Photonen an W-Bosonen -elektrische und schwache WW können nicht mehr strikt getrennt werden -man spricht daher von elektroschwacher WW

23 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Starke Wechselwirkung Quantenchromodynamik - koppelt an Farbladung (rot, gelb, blau, Antifarben) -Quarks tragen jeweils eine Farbe -Bei der Wechselwirkung ändert sich die Farbe -Gluonen tragen zwei Farben -Alle Prozesse nach außen Farbneutral

24 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Starke Wechselwirkung - Gluonen koppeln an sich selbst, da sie farbgeladen sind. -Glueballs nach außen Farbneutral

25 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Starke Wechselwirkung - bindet 2 (Mesonen) Quarks -oder 3(Baryonen) Quarks q,q,q aneinander q q q Neutron (d,d,u)

26 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Starke Wechselwirkung Möglichkeiten, Quarks zu kombinieren (hier: u,d,s)

27 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Starke Wechselwirkung - Mesonen nicht sehr stabil, -zerfallen über schwache WW -Baryonen zerfallen in leichtere Baryonen, bis hin zum Proton (z.B.Neutron in Proton) Pionzerfall

28 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Starke Wechselwirkung Starke Wechselwirkung wird mit Entfernung stärker potentielle Energie nimmt mit Entfernung zu Neue Mesonen können entstehen.

29 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Gravitative Wechselwirkung -Das Austauschteilchen, das Graviton wurde noch nie beobachtet -Masselos, unendliche Reichweite -Spielt in Quantenmechanischen Prozessen eine untergeordnete Rolle -Wird daher nicht explizit im Standardmodell erfasst -Verweis auf Einstein: Allgem. Relativitätstheorie

30 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Experimente zur Teilchenphysik -Höhenstrahlexperimente: Ballon, Boden -Collider-Experimente:Linear, Ring -Experimente mit Kernstrahlung Allg.: Beobachtung der Teilchen durch geeignete Detektoren

31 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Bsp: Large Hardron collider (LHC) am CERN

32 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik LHC Speichering am CERN -Protonen werden über EM-Wellen beschleunigt -Über Magnetfelder auf Kreisbahn gezwungen -Aufeinandergeschossen mit hohen Energien -neue Teilchen können entstehen -können mit Detektoren vermessen werden

33 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik

34

35 Bsp: CMS-Detektor

36 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik

37

38

39

40 Grenzen des Standardmodells Wieso haben die Teilchen Masse? Kopplungskonstanten bei hohen Energien? Leptonzahlerhaltung bei Neutrinooszillationen? Supersymmetrische Teilchen? Dunkle Materie? Warum drei Familien?

41 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Zusammenfassung Jeweil 6 Leptonen und Quarks mit versch. Ladungen( elektrische, Farbladung) -4 Wechselwirkungen (elmg., schwach, stark, grav.) -Alltagsmaterie aus Baryonen (uud, udd) und Elektronen -Wechselwirkungen gehen im makroskopischen Grenzfall in klassische Modelle über -Weitere Forschung nötig, um Unklarheiten zu klären

42 Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Literaturempfehlungen Teilchen, Felder und Symmetrien : Quantenfeldtheorie und die Einheit der Naturgesetze, Heidelberg 1985 Bib:2.30 Lehrbücher zu Quantenfeldtheorie, Quantenelektrodynamik, Quantenchromodynamik. Lehrbücher zu Kerne und Teilchen


Herunterladen ppt "Michael Hammer: Das Standardmodell der Teilchenphysik Hauptseminar: Der Urknall und seine Teilchen WS 2004/2005 Das Standardmodell der Teilchenphysik 29.10.2004."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen