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Das Mainzer Mikrotron MAMI Ein einzigartiger Teilchenbeschleuniger an der JGU Mainz Achim Denig Institut für Kernphysik JGU Mainz 22. August 2012 Rotary.

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Präsentation zum Thema: "Das Mainzer Mikrotron MAMI Ein einzigartiger Teilchenbeschleuniger an der JGU Mainz Achim Denig Institut für Kernphysik JGU Mainz 22. August 2012 Rotary."—  Präsentation transkript:

1 Das Mainzer Mikrotron MAMI Ein einzigartiger Teilchenbeschleuniger an der JGU Mainz Achim Denig Institut für Kernphysik JGU Mainz 22. August 2012 Rotary Club Mainz 50° Nord

2 2 | Precision Physics, Fundamental Interactions and Structure of Matter – PRISMA2 | Das Mainzer Mikrotron – MAMI MAMI – Facts & Figures Standardmodell der Teilchenphysik Offene Fragen des Standardmodells Zusammenfassung Übersicht

3 3 | Das Mainzer Mikrotron – MAMI MAMI – Facts & Figures Hochintensiver Beschleuniger für Elektronen Beheimatet am Institut für Kernphysik der JGU Mainz Finanzierung: Land RLP, JGU Mainz, DFG Sonderforschungsbereich Die Niederenergiegrenze des Standardmodells Weltweit eine der 7 Key-Facilities unseres Feldes (Global Science Forum, OECD 2008) Institut für Kernphysik

4 4 | Das Mainzer Mikrotron – MAMI MAMI – Facts & Figures Energie der Elektronen 1,6 Giga-Elektronenvolt = 1,6 x 10 9 eV Energie 1 eV Viel für ein mikroskopisches Teilchen – wenig in makroskopischer Welt: 1 GeV entspricht der Energie, die Taschenlampe für 0, Sekunden leuchten lässt. MAMI-Elektronen haben mal höhere Energie als Braunsche Röhre LHC-Protonen haben 2000 mal höherer Energie als MAMI + - Moderne Methoden der Beschleunigung: keine Gleichspannung ! Hochfrequenz Beschleunigerstrukturen (supraleitende Kavitäten 10 MeV/m)

5 5 | Das Mainzer Mikrotron – MAMI Was bedeutet hier Sehen? Um in den Mikrokosmos vorzudringen, beobachtet man die Streuung, d.h. die Abbildung von Projektilen (z.B. Licht) an dem zu untersuchenden Objekt Auflösungsvermögen: Wellenlänge λ des Projektils muss in gleicher Größenordnung sein wie das zu untersuchende Objekt! Auflösung von Strukturen in der Teilchenphysik

6 6 | Das Mainzer Mikrotron – MAMI Mikroskopische Welt wird von Quantenmechanik beschrieben. Auch massive Teilchen (Elektronen) besitzen Welleneigenschaften Je größer Impuls/Energie, desto kleiner die Wellenlänge! MAMI ersetze Licht durch Elektronen ! Auflösung von Objekten mit einer Größe von < 1 Femtometer, = m = m ~ 1 nm ~ 1 fm Nanoskala Femtoskala

7 7 | Das Mainzer Mikrotron – MAMI Proton punktförmige Quarks MAMI: Physik an der Femtoskala ! MAMI: Physik an der Femtoskala ! = 1 / der Nanoskala = 1 / der Nanoskala

8 8 | Das Mainzer Mikrotron – MAMI MAMI – Facts & Figures Prinzip Linearbeschleuniger als Rennbahn-Mikrotron Kaskade von insgesamt vier Mikrotronen: MAMI, MAMI-A, MAMI-B, MAMI-C LINAC Elektronenquelle MAMI MAMI-A MAMI-B: 855 MeV (seit 1990 in Betrieb) Umlenk- magnete

9 9 | Das Mainzer Mikrotron – MAMI MAMI und MAMI – A Fertigstellung MeV Endenergie

10 10 | Das Mainzer Mikrotron – MAMI MAMI – B Größtes jemals gebautes Mikrotron: 450 Tonnen Gewicht! 885 MeV Endenergie

11 11 | Das Mainzer Mikrotron – MAMI MAMI – C Harmonisch doppelseitiges Mikrotron (HDSM) seit 2007 in Betrieb Verdopplung Strahlenergie auf 1,6 GeV

12 12 | Das Mainzer Mikrotron – MAMI Streuexperimente Detektoren

13 13 | Das Mainzer Mikrotron – MAMI Die uralte faustische Frage: Dass ich erkenne, was die Welt im Innersten zusammenhält … Warum diese Forschung ?

14 14 | Das Mainzer Mikrotron – MAMI Das Standardmodell der Teilchenphysik Beschreibt drei der vier bekannten Wechselwirkungen, d.h. Kräfte ( NICHT die Gravitation !? ) Fundamentale Fermionen = Bausteine der Materie (z.B. Proton = uud Quarks) Quarks Leptonen

15 15 | Das Mainzer Mikrotron – MAMI Das Standardmodell der Teilchenphysik Wechselwirkungen (d.h. Kräfte) werden durch Aus- tauschteilchen vermittelt.... e-e- e-e- e-e- e-e-

16 Können wir die Masse von Elementarteilchen verstehen? 16 | Das Mainzer Mikrotron – MAMI Standardmodell (SM) sehr erfolgreich getestet ! Offene Fragen des SMs? Physik jenseits des SM! Warum gibt es so viel mehr Materie als Antimaterie? Können wir die Masse von Elementarteilchen verstehen? Warum gibt es so viel mehr Materie als Antimaterie? Können wir die Masse von Elementarteilchen verstehen? Was ist die mysteriöse Dunkle Materie? Gibt es bisher unbekannte Teilchen und Kräfte in der Natur? Warum gibt es so viel mehr Materie als Antimaterie? Was ist die mysteriöse Dunkle Materie? Neue Physik ! Können wir die Masse von Elementarteilchen verstehen?

17 Terra incognita 17 | Das Mainzer Mikrotron – MAMI Die Grenzen (Frontiers) des Standardmodells Weltkarte von Fra Mauro, 1459 Suche nach Neue Physik ! Hadronenphysik: Verständnis von Proton und Neutron !

18 18 | Das Mainzer Mikrotron – MAMI High Energy Frontier (LHC) Direkte Produktion schwerer Teilchen bei den höchsten Beschleunigerenergien Direkte Produktion neuer Physik ?! p p E = Mc 2 E = M c 2

19 ΔE Δt = h/4π 19 | Das Mainzer Mikrotron – MAMI Precision Frontier Vergleich hochpräziser Messungen mit hochpräzisen Theorie-Vorhersagen; bei niedrigen Energien. Überprüfung des Standardmodells! Indirekte Suche nach Neue Physik !

20 20 | Das Mainzer Mikrotron – MAMI Annahme Proton = uud-Quarks ist naiv! Vielkörperproblem Proton/Neutron bisher unverstanden (Masse?, Spin?)! Low Energy Frontier Verständnis von Proton und Neutron !

21 Terra incognita 21 | Das Mainzer Mikrotron – MAMI Erkenntnisgewinn erfordert Komplementarität der Methoden und Energieskalen LHC

22 22 | Precision Physics, Fundamental Interactions and Structure of Matter – MAMI Mainzer Physiker arbeiten an allen Frontiers Ein Mainzer Exzellenz-Cluster für die Hadronen-, Teilchen- und Astroteilchenphysik Mainzer Physiker arbeiten an allen Frontiers Ein Mainzer Exzellenz-Cluster für die Hadronen-, Teilchen- und Astroteilchenphysik 9 neue Professoren, 50 Wissen- schaftlerstellen Neues Mainzer Theorie-Institut Neuer Elektronenbeschleuniger MESA: 150 MeV Energie 40 Millionen neue Fördermittel: Potential für bahnbrechende Entdeckungen

23 Zusätzliches Material

24 24 | Precision Physics, Fundamental Interactions and Structure of Matter – PRISMA XENON ATLAS, COMPASS, NA62 / CERN IceCube / Südpol DØ / FNAL BaBar / Stanford BES-III / Peking GSI, FAIR Weltweite Vernetzung und Beteiligung bei Großprojekten

25 25 | Cluster of Excellence PRISMA: Research Program Das Rätsel der Dunklen Materie Uns bekannte Materie macht nur ca. 30% der Masse des Universums aus!

26 26 | Das Mainzer Mikrotron – MAMI Die Rolle von MAMI

27 27 | Das Mainzer Mikrotron – MAMI MAMI – Facts & Figures Linear-Beschleuniger mit Hochfrequenz-Beschleunigerstrukturen

28 28 | Das Mainzer Mikrotron – MAMI Einstein E=mc 2 MAMI-Strahlenergie erlaubt Produktion von Teilchen mit einer Masse m von maximal ca. 1 GeV/c 2 e p e p X Produktion eines Teilchens X in Streuprozess von Elektronen an einem Proton

29 29 | Das Mainzer Mikrotron – MAMI Das Standardmodell der Teilchenphysik Eichbosonen = Austauschteilchen von drei Wechselwirkungen, d.h. Kräften Fundamentale Fermionen + elektromagnetische WW starke WW schwache WW wirkt auf Quarks + el. gel. Leptonen wirkt auf Quarks wirkt auf Quarks + alle Leptonen + Higgs - Boson vermutlich entdeckt g W ±,Z H = Bausteine der Materie (z.B. Proton =uud Quarks)


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