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Warum benötigen wir immer grössere Beschleuniger (wie den Large Hadron Collider LHC bei CERN/Genf) ? Amand Fäßler, Tübingen.

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Präsentation zum Thema: "Warum benötigen wir immer grössere Beschleuniger (wie den Large Hadron Collider LHC bei CERN/Genf) ? Amand Fäßler, Tübingen."—  Präsentation transkript:

1 Warum benötigen wir immer grössere Beschleuniger (wie den Large Hadron Collider LHC bei CERN/Genf) ? Amand Fäßler, Tübingen

2 Fäßler, Tübingen Das Auge Normalsichtig 120 Millionen Stäbchen für hell-dunkel Farbsehen durch 6 Millionen von Zapfen Auflösungsvermögen: Bei Abstand 1 Meter bei gesundem Auge etwa 0,5 bis Millimeter. Dichte der Zäpfchen und Stäbchen.

3 Einfachstes Lichtmikroskop Auflösung immer im Bereich der Wellenlänge: Sichtbares Licht : ~ 500 nm = 0,5 Mikrometer. Wir brauchen Licht mit kürzerer Wellenlänge. Röntgen: 10 keV 0,1 Nanometer -Strahlen: 1 MeV =1000 keV 0,001Nanometer Wir haben aber keine Linsen für dieses hochenergetische Licht ! Fäßler, Tübingen

4 Teilchen-Welle-Dualismus Experiment zum ersten Mal mit Elektronen in Doktorarbeit von Jönsson in Tübingen Licht Elektronen Fäßler, Tübingen

5 DasYoungsche Experiment mit Licht am Doppelspalt

6 Elektronenmikroskop Elektronen haben eine deBroglie-Wellenlänge: E e = 10 keV = 0,1 nm = m; beste erreichte Auflösung ~ 0,1 nm Atom: cm = 0,1 nm Man kann fast einzelne Atome sehen. Was sind die Linsen für das Elektronenmikoskop? Elektronen haben Ladung. Man kann sie mit elektrischen (Spannung) und magnetischen Feldern manipulieren. Fäßler, Tübingen

7 Elektrische und Manetische Linsen für das Elektronenmikroskop (keV bis MeV) Schematische Strahlführung und elektrostatische Linse Magnetische Linse

8 Fäßler, Tübingen Will man noch kleinere Objekte sehen wie Atomkerne, Protonen, Elektronen, Quarks, benötigt man kleinere Wellenlängen und noch höhere Energien. Atomkern: Durchmesser D ~ 20x Meter E = 600 MeV Auflösung ~ Wellenlänge ~ (1240/Energie[MeV])x Meter Proton/Neutron: D = 2x m E = MeV = 10 GeV Quarks+Elektronen: D ~ Meter 1000 GeV = 1 TeV

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11 Neue Physik schwerere Teilchen Vektorbosonen (E = mc 2 = 80 GeV) Träger der Schwachen Kraft (Betazerfall nach Tschernobyl; Spaltung von: Uran 143 ; 92 Protonen u. 143 Neutronen): Neutron Proton + Elektron + Neutrino Higgs-Boson: Gibt den Teilchen die Masse 120 GeV bis 1000 GeV = 1 TeV; Entdeckung am Large-Hadron-Collider? Supersymmetrische (SUSY) Teilchen: 120 bis 1000GeV = 1 TeV; erlaubt Elektromagnetische Kraft, Schwache Kraft und Kernkraft als eine Kraft zu verstehen. Grosse Vereinheitlichte Theorie; Test am LHC ?

12 Entdeckung des Vektorbosons, dem Träger der Schwachen Kraft durch Rubbia 1982/83 am CERN Neutron Proton + Elektron + Neutrino Kurze Notation: n p + e + Wahrscheinlich- keit mit Energie gegen Unendlich Proton Elektron Neutrino Neutron Vektorboson Neutron Proton Elektron Neutrino Beschreibt Daten auch bei höchsten Energien.

13 Fäßler, Tübingen Proton 270 GeV-Antiproton 270 GeV-Kollision Proton Antiproton Elektron Neutrino Vektorboson 80 GeV

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15 Proton Antiproton ElektronNeutrino Vektorboson 80 GeV Erste Messung des W-Vektorbosons an Silvester 1982 durch Rubbia und Mitarbeiter. Nobelpreis für Rubbia und van der Meer

16 Amand Fassler, Tübingen Der Large Hadron Collider bei Genf ist ein Ringbeschleuniger von 27 km Länge mit einer Kollisionsenergie von Proton auf Proton von 7+7 = 14 [TeV] = 14*10 12 [eV]. Größter Beschleuniger der Welt 2008/ TeV Protonen 270 GeV Antiprotonen 270 GeV Protonen

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18 Prinzip der Beschleunigung im elektrischen Feld

19 Fäßler, Tübingen Resonator: Elektrisches Feld schwingt, so dass es immer das geladene Teilchen beschleunigt, wenn es durch fliegt

20 Fäßler, Tübingen Strahlführung bei der GSI in Darmstadt: gelb Quadrupolmagnete zur Fokusierung und rot Dipolmagnete zur Ablenkung

21 Fäßler, Tübingen Blau: Supraleitende Dipolmagnete zum Ablenken des Protonenstrahls im LHC auf die 27 km lange Kreisbahn.

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26 Unfall am 19. September 2008: Bei einer schlechten Verbindung erwärmt sich durch den Strom und Widerstand das Teil und schmilzt. Flüssiges Helium wird explosionsartig frei ( Ausdehnung: 1 : 700). Herbst 2009.

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31 ENDE Proton-Proton-Kollision bei 7 TeV + 7 TeV = 14 TeV am LHC in einem Detektor mit Magnetfeld (Simulation)

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33 Amand Fassler, Tübingen Teil der 27 km langen Strahlführung und Beschleunigungsstrecke des Large Hadron Colliders.

34 Fäßler, Tübingen Beschleuniger Anlagen beim Europäischen Kernforschungszentrum in (CERN) Genf

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36 Proton-Proton-Kollision bei 7 TeV + 7 TeV = 14 TeV am LHC in einem Detektor mit Magnetfeld (Simulation)

37 Amand Fassler, Tübingen Wir wollen mit dem LHC die Physik jenseits des Standard-Modells untersuchen. Können wir unseren Kopf durch die Kristallsphäre des Aristoteles strecken?

38 Fäßler, Tübingen Entwicklung unseres Universums vom Urknall bis heute.

39 Amand Fassler, Tübingen Warum so hohe Energien? Wir können die Naturgesetze näher am Urknall testen Sekunden nach Urknall und Grad Celsius. Neue Physik ? SPS Sek Sek Sek.

40 80 GeV GeV 0,3 eV = 3000° Kelvin Elektronen lagern sich an Protonen an. LHC sec

41 Fäßler, Tübingen Aufbau des CMS-Detektors am Large Hadron Collider


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