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Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Von Quanten, Quarks und der spanischen Königin Ein Ausflug an die Grenzen der Physik Peter Schleper.

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1 Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Von Quanten, Quarks und der spanischen Königin Ein Ausflug an die Grenzen der Physik Peter Schleper Hamburg,

2 Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Quantenphysik: kleinste Bausteine der Natur Periodensystem der Elemente Teilchenphysik: Quarks und Elektronen fundamental und unteilbar In Hamburg: Institut für Experimentalphysik + DESY: Deutsches Elektronen Synchrotron

3 Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Materie und Antimaterie Relativität und Quantentheorie Paul Dirac 1928 :Albert Einstein 1905: Spezielle Relativitätstheorie: Masse ist eine Form von Energie Aus Energie können neue Teilchen mit Masse erzeugt werden Relativitätstheorie + Quantentheorie Vorhersage der Antimaterie Elektron: Ladung = - 1 Positron: Ladung = +1 Mathematische Strukturen Vorhersage der Eigenschaften der Natur

4 Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Entdeckung der Antimaterie Photo einer Teilchenreaktion Höhenstrahlung Ursprung der Höhenstrahlung ? Blasenkammer 1933

5 Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Teilchen-Erzeugung

6 Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Teilchen-Beschleuniger Kosmos: Teilchenrate zu (?) gering e+e- Beschleuniger: Präzision Vorhersagen pp Beschleuniger: Energie groß Entdeckungen DESY Gelände in HH-Bahrenfeld E= mc 2 viel Energie um neue Teilchen zu entdecken Chemische Bindung ~ 1 eV Masse Proton: 1 GeV Masse top Quark: 175 GeV Beschleuniger: HERA: 320 GeV Large Hadron Collider: GeV Proton International Linear Collider: ~0,8 TeV Elektron HERA: 6,7 km Tunnel, 1 Mrd Euro

7 Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 HERA: Starke Kraft der Quarks ZEUS-Experiment Quark - Jet e+ Elektron p

8 Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Das Standard-Modell: Teilchen und Kräfte Materie-Teilchen: 1. Generation Entdeckungen 2. Generation: Myon, Strange Quark Vorhersage: Neutrino,Charm 3. Generation: Tau, Bottom Vorhersage: Neutrino, Top Naturkräfte: 1.Elektromagnet.: Photon 2.Schwache Kraft: W,Z (CERN) 3.Starke Kraft: Gluon (DESY) 4.Gravitation: ? …wegen Symmetrie zur 1.Generation 23 Nobelpreise seit 1967

9 Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Theorien der Physik Warum diese Teilchen ? Warum diese Massen, Ladungen ? Gelten die Naturgesetze überall und immer ? Warum ist die Natur so, wie sie ist ? Sind die Naturgesetze Vollständig ? Weltformel ? Matemathische Widersprüche bei Energie ~ 1000 GeV Higgs Teilchen, Supersymmetrie vorhergesagt, bisher nicht gefunden

10 Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Extrapolation der Naturgesetze Kosmologie und Teilchenphysik

11 Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Dunkle Materie im Kosmos Aus Beobachtung der Rotation von Galaxien und weit entfernter Supernova-Explosionen Dunkle Energie (Kosmologische Konstante) Dunkle Energie (Kosmologische Konstante) Dunkle Dunkle Materie Materie Dunkle Dunkle Materie Materie Normale Materie Normale Materie (davon nur ca. (davon nur ca. 10% leuchtend) 10% leuchtend) Normale Materie Normale Materie (davon nur ca. (davon nur ca. 10% leuchtend) 10% leuchtend) Neutrinos Neutrinos min. 0.1% min. 0.1% max. 6% max. 6% Neutrinos Neutrinos min. 0.1% min. 0.1% max. 6% max. 6% Unbekannte Form der Materie: Photino ???

12 Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 LHC: der Large Hadron Collider CERN: Europäisches Zentrum für Teilchenphysik in Genf Proton-Proton Kollisionen bei GeV Faktor 1000 mehr Kollisionen als bisher 27 km Tunnel Start: 2007

13 Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 CMS Detektor 1950 Physiker aus 39 Ländern 10 Jahre Bauzeit 400 MEuro 2000 GByte Daten / Jahr CMS: 50 Mill. elektron. Kanäle 214 m 2 Fläche Silizium-Wafer ZEUS: 2,5 m 2 Im Vergleich: ZEUS

14 Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Moderne Detektoren Präzision durch Halbleiter-Technologie Diode in Sperrichtung: Strom nur bei Ionisation durch Teilchen Auflösung (Ort): 10 m Impulsmessung im Magnetfeld: bis ca eV Teil eines Si-Wafers Teilchen-Rekonstruktion Institut für Exp. Physik

15 Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Supersymmetrie am LHC Simulation Supersymmetrischer Ereignisse bei LHC Supersymmetrie kann mit grosser Wahrscheinlichkeit gefunden werden

16 Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Higgs bei LHC Higgs Entdeckung unvermeidbar (falls es existiert) Gluonen aus Protonen: gg H

17 Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 International Linear e+e- Collider DESY: Beschleunigungsrekord Volt / m Weltweite Übereinstimmung aller Teilchenphysiker: ILC ist nächstes Großprojekt Konkurrenz: Japan, USA, Deutschland (DESY: TESLA) DESY Technology: Supraleitende Kavitäten 33 km langer Tunnel im Norden von Hamburg

18 Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 e+e- Linear Collider Vorteile: Sehr einfache Messungen Große Genauigkeit Extrapolation zu großen Energien Stand des Projekts: DESY Vorschlag 2000 Japan, USA: 2004 Weltweite Einigung auf: DESY Supraleitungs-Technologie Einmaliges Zeugnis für deutsche Hochtechnologie ! EU, USA, Japan, … OECD Ministerrat, UN Science Forum Physiker warten auf politische Entscheidung….. …besonders auch in Hamburg

19 Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Stand der Physik Ein Zitat: …it seems probable that most of the grand underlying principles of Physical Science have been firmly established and that further advances are to be sought chiefly in the rigorous applications of these principles to all the phenomena which come under our notice. … An eminent physicist has remarked that the future truths of Physical Science are to be looked for in the sixth place of decimals. Aus: Physics Curriculum Uni. Chicago, Kurz danach: Röntgen Strahlung, Entdeckung des Elektrons, Atom = Kern+Hülle, Relativitätstheorie, Quantenmechanik Bald: Higgs, SUSY

20 Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Forschungsförderung am Beispiel: Terra incognita Internationale Zusammenarbeit 3-fach redundantes Experiment Nicht wie erwartet, dennoch großer Erfolg. Fundamentale neue Theorie Plan für ein Experiment Verspricht Geldgebern großen praktischen Nutzen

21 Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Zusammenfassung: Teilchenphysik Higgs Supersymmetry Extra Dimensionen Schwarze Loecher Nutzen: Supraleitungs-Technologie (DESY) world wide web (CERN !) world wide grid Grundlagenforschung ist Teil unserer kulturellen und wirtschaftlichen Identität


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