Konzept der Wechselwirkungen

Präsentation zum Thema: "Konzept der Wechselwirkungen"—  Präsentation transkript:

1 Konzept der Wechselwirkungen
Kraftwirkung zwischen Teilchen Verantwortlich für Teilchen-Zerfälle und Produktion 4 fundamentale Wechselwirkungen Gravitation (Schwerkraft) Elektromagnetismus Schwache Wechselwirkung Starke Wechselwirkung S N q p n

2 Gravitation (Schwerkraft)

3 Die Coulombkraft

4 Schwache Wechselwirkung – Der pp-Zyklus der Sonne

5 Der ß-Zerfall im Bild des Standardmodells

6 Starke Wechselwikung – Quarks: Bausteine der Atomkerne

7 Das Quark-Gluon-Plasma

8 Quarks, Bausteine der Hadronen
Name Ladung Masse in GeV/c2 up 2/3 0.005 down -1/3 0.01 charm 1.5 strange 0.15 top 175 bottom 4.5 Proton GeV/c2 Meson 2 Quarks 1 eV= Joule 1 eV/c2= kg 1 GeV/c2=109 eV/c2

9 Die Leptonen Name Ladung Masse in GeV/c2 Elektron -1 0.0005
Elektron Neutrino ? Myon 0.1 Myon Neutrino Tau 1.8 Tau Neutrino 1 eV= Joule 1 eV/c2= kg 1 GeV/c2=109 eV/c2

10 Prinzip von Kraftwirkungen
Zu jeder Wechselwirkung gehört eine Ladung Nur Teilchen mit entsprechender Ladung spüren Wechselwirkung Wechselwirkung erfolgt über Austausch von Botenteilchen Abstoßend Anziehend

11 Die 4 fundamentalen Wechselwirkungen
Name der Kraft Reichweite Stärke Austauschteilchen stark 10-15 m ~1 8 Gluonen elektro-magnetisch unendlich ~10-3 Photon schwach 10-17 m ~10-5 W+ W- Z Gravitation ~10-38 Graviton

12 Was ist eigentlich eine Ladung?
Eine Fundamentale Eigenschaft eines Teilchens Ladungen sind Additiv: Ladung(A+B) = Ladung(A) + Ladung(B) Ladungen kommen nur in Vielfachen einer kleinsten Ladungsmenge vor Ladung ist erhalten, d.h. sie entsteht weder neu, noch geht sie verloren Mehr wissen wir (noch) nicht

13 Die elektromagnetische Kraft
Ladung: elektrische Ladung Q Arten: 1 Ladungsart: „Zahl“, positiv oder negativ Botenteilchen: Photon Eigenschaften: elektrisch neutral: Q= masselos : m=0 Teilchen Up Down Neutrino Elektron Ladung / / O Besonderheiten: Unendliche Reichweite Makroskopisch beobachtbar (Versuch) Magnetfelder lenken elektrisch geladene Teilchen ab, umso weniger je höher deren Energie ist (Versuch)

14 Die starke Kraft Ladung: starke Ladung
Arten: 3 Ladungsarten: „Farbe“, plus jeweilige Antifarbe Botenteilchen: 8 Gluonen Eigenschaften: tragen selber je 1 Farbe und Antifarbe masselos : m=0 Teilchen Up Down Neutrino Elektron Ladung r, b, g r, b, g Besonderheiten: Endliche Reichweite ca 1 fm Hält p, n und Atomkern zusammen Makroskopisch nicht beobachtbar, außer radioaktiver Zerfall  Heliumkerne (Versuch)

15 Die schwache Kraft Ladung: schwache Ladung (I1, I2, I3)
Arten: 1 Ladungsart: „Zahlentriplett“ Botenteilchen: W-, Z0, W+ Eigenschaften: tragen selber schwache Ladung: I3 = -1, 0, Masse : m = 80 – 90 GeV Teilchen Up Down Neutrino Elektron I / / / /2 Besonderheiten: Endliche Reichweite ca fm Makroskopisch nicht beobachtbar, außer Brennen der Sonne Radioaktiver Zerfall des Neutrons Analog: Zerfall des Myons µ  enn

16 Das Neutrino „Geisterteilchen“
Postuliert 1931, elektr. neutraler Partner des Elektrons Extrem kleine Masse (< 1 / Elektronmasse) Sehr schwache Wechselwirkung (kann ohne Wechselwirkung die Erde durchfliegen) Nachweis 1956: von 1012 Reaktorneutrinos pro Sekunde und mm2 nachgewiesen in 10 Kubikmeter Wasser : 3 pro Stunde 400 Neutrinos / Kubikzentimeter überall im Universum

17 Antimaterie Zu jedem Bausteinteilchen existiert ein Antiteilchen mit umgekehrten Ladungsvorzeichen Sonst sind alle Eigenschaften (Masse, Lebensdauer) gleich Aus Botenteilchen können paarweise Materie- und Antimaterieteilchen entstehen Umgekehrt können Sich diese wieder zu Botenteilchen (Energie) vernichten

18 Antimaterie: Ein "Spiegelbild" der Materie

19 Teilchen-Antiteilchen Vernichtung bei CERN

20 Zusammenfassung „Kräfte“
Die unterschiedlichen Ladungen bewirken unterschiedliche Kräfte zwischen Teilchen Sie erklären auch das unterschiedliche Verhalten in den Detektoren Sowie die Bildung von Teilchenjets aus Quarks

21 Das vollständige Set der Bausteinteilchen
Das 4er Set der „1.Baustein-Generation“ wiederholt sich genau 2 Mal Niemand weiss warum

22 Zusammenhang Teilchenphysik - Kosmologie
Teilchenkollision bei hohen Energien heißes Universum alle Teilchen haben hohe Energie (Temperatur) und kollidieren unkontrolliert gezielte, kontrollierte einzelne Kollisionen und deren Aufzeichnung

23 Rückblick zum Urknall im Bereich von Theorien durch Experimente
gesichert

24 Schlussübersicht