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Physik mit Teilchen, Kernen und Sternen Das ExzellenzclusterOrigin and Structure of the Universe Prof. Stephan Paul.

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Präsentation zum Thema: "Physik mit Teilchen, Kernen und Sternen Das ExzellenzclusterOrigin and Structure of the Universe Prof. Stephan Paul."—  Präsentation transkript:

1 Physik mit Teilchen, Kernen und Sternen Das ExzellenzclusterOrigin and Structure of the Universe Prof. Stephan Paul

2 Schülertag TUM Vom Kleinen zum Grossen – Der Kreis der Physik

3 Schülertag TUM Kräfte und Wechselwirkungen Art des ausgetauschten Teilchens bestimmt WW Reichweite der Wechselwirkung: –Austauschteilchen is virtuelles Teilchen Energiesatz wird verletzt –Hohen Massen (Energien) Kleine Abstände untersuchen

4 Schülertag TUM Wechselwirkungen II Masselose Teilchen: Graviton, Photon geben eine unendliche Reichweite (1/r-Gesetz) Teilchen der Masse m = 80 GeV Reichweite; fm ca. 1/1000 Größe eins Protons (schwache WW) Teilchen der Masse m = 140 MeV Reichweite: 1,4 fm (Kernkraft)

5 Schülertag TUM Die Bausteine der Welt

6 Schülertag TUM Die Suche nach dem Ursprung der Masse Urbausteine (Quarks/Leptonen) haben Masse –Es gibt leichte Bausteine (u,d-Quark, Elektron) –Es gibt schwere Bausteine (b,t-Quark, muon/ -Lepton) ca mal schwerer Warum –Haben Bausteine die gemessenen Massenwerte –Gibt es Bausteine mit so unterschiedlicher Masse Higgs-Mechanismus –Hintergrundfeld erzeugt Masse (Higgs-Teilchen) – Vgl. Schumacher in Fangemeinde.....

7 Schülertag TUM Der Higgs-Effekt – Wie Masse Entsteht

8 Schülertag TUM Sekunden: Der Vorhang hebt sich… Superstrings: eine Weltformel ? Alle Kräfte sind vereint Die Welt ist 10-dimensional Doch nur 4 Dimensionen haben nn der Expansion des Raumes teilgenommen, Die anderen Dimensionen sind aufgrollt Raum und Zeit sind schaumig….

9 Schülertag TUM s: Inflation: Innerhalt Sekunden expandiert der Raum um das fache QuantenFluktuationen in der Energiedichte werden verstärkt (3 K Hintergrundstrahlung) Sie bilden die Grundlage für die spätere Entstehung von Galaxien

10 Schülertag TUM WMAP 2003 Cobe 1994 Das Babyfoto: MikrowellenTemperaturschwankungen 2006

11 Schülertag TUM Ein winziger Überschuss von Materie zu Antimaterie wird erzeugt Aus der 1 in der neunten Stelle hinterm Komma sind WIR gemacht

12 Schülertag TUM Bis Sekunden: Suppe aus Elementarteilchen und Austauschbosonen in steter WW Dabei Abkühlung durch räumliche Expansion und Änderung der Kopplungsstärken

13 Schülertag TUM Sekunden: Elektroschwache Symmetriebrechung Neutrinos entkoppeln: schwache WW wird zu schwach, Neutrinos sehen andere Teilchen zu selten

14 Schülertag TUM Wie betrachte ich verschiedene Größenskalen ?

15 Schülertag TUM Mikroskope..... Ringbeschleuniger Beschleungungsstrecke Umlenkmagnete Nutzbare Energie zur Erzeugung von Neuem: s = E 1 +E 2 Baue Collider (zwei kollidiernde Strahlen)

16 Schülertag TUM CERN – Herr der Ringe 8.6 km

17 Schülertag TUM LHC-Ring - Simulation CERN Beschleuniger und das LHC Testaufbau 8 TeV auf 8 TeV Kollisionen.... M p ~ 1 GeV und E=mc 2

18 Schülertag TUM Wie sieht ein Detektor aus ?

19 Schülertag TUM Eindrücke eines Superdetektors Zentraler Detektorteil - Rohbau Transportprobleme ??

20 Schülertag TUM Was passiert bei einer harmlosen Kollision ? Strahl

21 Schülertag TUM Kollisionen bei hohen Energien: Higgs Teilchen simuliert

22 Schülertag TUM Sekunden: Proton und Neutron kondensieren aus der Suppe von Quarks und Gluonen (Quark-Gluon Plasma) Ansicht eines Protons Mit hoher Auflösung

23 Schülertag TUM Sekunden: Entstehung der ersten Elemente Primordiale Nukleosynthese Die ersten 3 Minuten sind vorüber Es gibt keine stabilen Elemente mit A=5 4 He ist Endstation

24 Schülertag TUM FRM II der TUM Einlasskonfiguration Messung der Lebensdauer des Neutrons Neutron trajectories good bad Magnetischer Multipol B eff ~ 2T Stromleiter Proton Nachweis Der Reaktortank Die Neutronenextraktion

25 Schülertag TUM Jahre: Entstehung der Atome Entkopplung der Photonen Ab 10 9 Jahre: Entstehung der Sterne und Galaxien

26 Schülertag TUM Elemtenstehung - Was macht ein Stern ?

27 Schülertag TUM Was macht die Sonne ? Kernfusion im Herzen der Sonne: 4 p 4 He + 2e e ( MeV) genauer: e e e e e Neutrino energy [MeV] auf der Erde: 65 Milliarden Neutrinos pro s und cm 2

28 Schülertag TUM Licht und Neutrinos von der Sonne.. Stimmt das ? t H 2 0 Cerenkov Detektor 40 m hoch 40 m Ø Licht- detektoren 50 cm Ø 1 km tief in Kamioka Mine, Japan

29 Schülertag TUM Bis jetzt Entstehung der schweren Elemente: Supernovaexplosionen Ende einer Supernovaexplosion: Schwarzes Loch Im Zentrum jeder Galaxie findet sich ein schwarzes Loch: Beispiel: unsere Milchstrasse (Bild im Nahinfraroten - VLT):

30 Schülertag TUM Kernphysik – Die Landkarte der Kerne

31 Schülertag TUM Entstehung neuer Elemente im Labor GSI – Ionenbeschleuniger UNILAC

32 Schülertag TUM Dennoch…. Wir wissen wenig Sterne und Galaxien machen nur ~0.5% aus Neutrinos ~0.3–10% Rest normaler Materie (Elektronen and Protonen) ~5% Dunkle Materie ~30% Dunkle Energie ~65% Anti-Materie 0% Higgs Kondensate ~%??

33 Schülertag TUM Unsere Instrumente für große Objekte Universitätsternwarte (LMU) - Wendelstein Paranal VLT Chile (ESO)

34 Schülertag TUM Und Wie Wars Ganz Am Anfang ?

35 Schülertag TUM Mehr Info auf:


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