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H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht1 11.Juni 2005 Die Welt der kleinsten Teilchen Woraus ist die Welt, woraus sind wir selbst gemacht?

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Präsentation zum Thema: "H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht1 11.Juni 2005 Die Welt der kleinsten Teilchen Woraus ist die Welt, woraus sind wir selbst gemacht?"—  Präsentation transkript:

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2 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht1 11.Juni 2005 Die Welt der kleinsten Teilchen Woraus ist die Welt, woraus sind wir selbst gemacht? Was ist da drin? Demokrit ( v.Ch.) u.a.: Materie besteht aus unteilbaren, kleinen Bausteine = atomos ( ) = unteilbar Gedanken der griechischen Philosophen: Aber auch: Aristoteles u.a.: Der Raum ist kontinuierlich mit Materie ausgefüllt Elementares mit Symmetrien (Platon u.a.)

3 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht2 11.Juni 2005 Dass ich erkenne..

4 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht3 11.Juni 2005 Die Materie ist körnig, aus Bausteinen aufgebaut Schlussfolgerungen sind indirekt. Kann man Teilchen sichtbar machen? Empirische Hinweise auf atomare Struktur der Materie erst im 19.Jahrhundert: 1) Elemente verbinden sich in immer gleichen Gewichtsverhältnissen: 16g Sauerstoff + 2 g Wasserstoff = 18 g Wasser 2 : 16 weil Masse(O) = 16 Masse(H) 2) Druck und Temperatur in Gasen erklärbar durch bewegte Teilchen

5 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht4 11.Juni 2005 Wie kann man kleine Teilchen sehen ? E.Rutherford misst die Struktur der Atome durch Streuversuche Goldatome in einer Folie Rutherford Applet

6 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht5 11.Juni 2005 Rutherfords Atommodell: m10 -8 m Kern : Atom = 1 : das Atom ist leer ! Und das Atom ist nicht unteilbar – es besteht aus Elektronen und dem Kern und voraus bestehen die…?

7 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht6 11.Juni 2005 Der Aufbau der Materie aus kleinsten Teilchen m Proton m Molekül m Atomkern < m Quark, m Atom 1/ /10 Elektron, Quark: < m = 0, m 0,01 m Kristall > < 1/ /10 1/1.000 Elektron Stecknadelkopf: m = 0,001m punktförmig? mal10

8 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht7 11.Juni 2005 Die Struktur der Materie: Die kleinsten Teilchen sind winzig oder haben keine Ausdehnung, Materie ist aus Bausteinen aufgebaut, Vielfalt der Natur durch Zusammensetzen von Elementarem Warum wirkt Materie – z.B. ein Tisch – dann massiv? Teilchen üben Kräfte untereinander aus! Was sind die Kräfte, die die Welt im Innersten zusammenhalten? der Raum ist leer

9 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht8 11.Juni 2005 Die fundamentalen Kräfte in der Natur p p n n n n p p p p p n n n p p n p n p

10 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht9 11.Juni 2005 Teilchen als Kraftvermittler Austauschteilchen sind die Quanten der Kraftfelder AbstoßendAbstoßend AnziehendAnziehend

11 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht10 11.Juni 2005

12 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht11 11.Juni 2005 Warum hohe Energien? Energie = Kraft Weg Energie = Masse c 2 Energie: - Abtasten von Strukturen - Aufbrechen von Strukturen - Erzeugung von neuer Materie: E=mc 2 1 Elektronenvolt = Energie eines Elektrons nach Durchlaufen einer Spannung 1 Volt E=mc 2

13 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht12 11.Juni 2005 Beschleuniger Simulation Linearbeschleuniger: Speicherring:

14 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht13 11.Juni 2005 Elektronen 27.6 GeV Protonen 920 GeV H1 ZEUS

15 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht14 11.Juni 2005 Wie sieht man Quarks? Quarks im Proton Elektron Proton Elektron Proton Quark-Jet Elektron Quark-Jet H1-Detektor Ja, man kann Quarks sehen!

16 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht15 11.Juni 2005 jet e+e+ e–e– quark antiquark Erzeugung von Quarks und Antiquarks aus Energie

17 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht16 11.Juni 2005 Materie und Antimaterie Entdeckung des Positrons = Antielektron Symmetrie der Materie und Antimaterie: Teilchen mit gleicher Masse, aber umgekehrte Ladungen Teilchen-Antiteilchen entstehen als Paar aus Energie und vernichten sich als Paar

18 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht17 11.Juni 2005 Die starke Kraft: Quantenchromodynamik Warum sehen wir Jets und nicht die Quarks selbst? Quarks erscheinen frei beweglich im Proton, man bekommt sie aber nicht raus!? Confinement: Quarks sind eingesperrt, es gibt nur farbneutrale Objekte Eigenschaft der starken Kraft: die notwendige Energie zum separieren von Quarks wächst mit dem Abstand, wie bei einem Gummiband: 3 Ladungen: rot, grün, blau (el.-magn.Kraft: 1 Ladung, nimmt mit Abstand ab)

19 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht18 11.Juni 2005 David Politzer Frank Wilczek David Gross Für die Entdeckung der spezifischen Eigenschaften der QCD

20 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht19 11.Juni 2005 Systematik in der Welt der Teilchen 3 Familien von Quarks und Leptonen Warum 3? Brauchen nur 1.Familie für die Atome: Proton=uud, Neutron=udd, Elektron !? Systematik Symmetrien Ist das alles? + Kraftteilchen, W, Z 0, 8 Gluonen, Graviton

21 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht20 11.Juni 2005 HIGGS-Teilchen Die Teilchen in den 3 Familien unterscheiden sich nur in ihrer Masse. Schöne Symmetrie, wenn alle Teilchen keine Masse hätten. Warum haben die Teilchen Masse? Antwort der Theoretiker: Higgs-Teilchen gibt allen Teilchen Masse Wie kann man das verstehen???? Masse Trägheit Der britische Wissenschaftsminister wollte das auch verstehen, bevor er das Geld für den Large Hadron Collider locker macht ……..

22 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht21 11.Juni 2005 Wie die HIGGS-Teilchen träge machen Masse Trägheit Party – Gäste erwarten eine/n Prominente/n Prominente/r kommt – Wellenbewegung in Richtung Tür Gäste suchen die Nähe der Prominenz Prominente/r wird unbeweglich – bekommt Masse Gäste = Higgs-Feld Prominente/r = massives Teilchen

23 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht22 11.Juni 2005 LHC im CERN/Genf ATLAS detector

24 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht23 11.Juni 2005 Higgs-Teilchen am ILC/TESLA (International Linear Collider)

25 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht24 11.Juni 2005 Offene Fragen Das Standardmodell der Teilchen und Kräfte wurde mit höchster Präzision immer wieder bestätigt. Trotzdem wissen wir, dass es nicht alle Fragen beantworten kann. Zunächst: Das Higgs-Teilchen muss noch gefunden werden Dann:Warum gibt es 3 Familien? Warum ist die Ladung des Protons exakt = -Ladung des Elektrons? Was ist die Dunkle Materie und die Dunkle Energie im Kosmos? Warum gibt es unterschiedliche Kräfte, gibt es die Urkraft? ……

26 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht25 11.Juni 2005 Die Vereiniung der Kräfte Big Bang 100 GeV s s GeV s GeV

27 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht26 11.Juni 2005 electron selectron quark squark photon photino vereinigt Bosonen mit Fermionen Kraft mit Materie FermionBosonBosonFermion

28 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht27 11.Juni 2005 vereinigt Kräfte und … m Pl M X ~ GeV p ~ a M X ~ GeV p ~ a ein Vereinigungs-Punkt bei M X = 2·10 16 GeV ! Proton-Lebensdauer > exptl. Grenze leichtestes SUSY-Teilchen Dunkle Materie im Universum ! beseitigt mathemat. Inkonsistenzen in der Theorie

29 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht28 11.Juni 2005 Es bleibt interessant


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