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Institut für Hochenergiephysik. 1a. Geschichte der Elementarteilchen Welche Teilchen gibt es? Wie wurden sie entdeckt? Was sind die Bestandteile der Materie?

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Präsentation zum Thema: "Institut für Hochenergiephysik. 1a. Geschichte der Elementarteilchen Welche Teilchen gibt es? Wie wurden sie entdeckt? Was sind die Bestandteile der Materie?"—  Präsentation transkript:

1 Institut für Hochenergiephysik

2 1a. Geschichte der Elementarteilchen Welche Teilchen gibt es? Wie wurden sie entdeckt? Was sind die Bestandteile der Materie? Was sind kosmische Strahlen? Was sind seltsame Teilchen? Was ist der sogenannte Elementarteilchenzoo?

3 Institut für Hochenergiephysik 1897 Das Elektron e-e- Thomson Eine kurze Geschichte der Elementarteilchen Historische Einführung

4 Institut für Hochenergiephysik Eine kurze Geschichte der Elementarteilchen 1897 Das Photon Planck Einstein Compton Historische Einführung e-e-

5 Institut für Hochenergiephysik 1897 Das Proton e-e Rutherford p Historische Einführung Eine kurze Geschichte der Elementarteilchen

6 Institut für Hochenergiephysik 1897 Das Neutron e-e n p 1932 Chadwick Historische Einführung Eine kurze Geschichte der Elementarteilchen

7 Institut für Hochenergiephysik 1897 Das Müon e-e µ p 1932 n 1937 Hess Anderson, Neddermeyer Street, Stevenson Historische Einführung Eine kurze Geschichte der Elementarteilchen

8 Institut für Hochenergiephysik 1897 Das Pion e-e p 1932 n 1937 µ 1947 Historische Einführung Powell Yukawa Eine kurze Geschichte der Elementarteilchen

9 Institut für Hochenergiephysik 1897 Das Positron (Antimaterie) e-e e+e+ p 1932 n 1937 µ 1947 Anderson Dirac Historische Einführung Eine kurze Geschichte der Elementarteilchen

10 Institut für Hochenergiephysik 1897 Das Neutrino e-e p 1932 n 1937 µ 1947 e+e+ Fermi Historische Einführung Pauli Eine kurze Geschichte der Elementarteilchen

11 Institut für Hochenergiephysik 1897 Seltsame Teilchen e-e K K p 1932 n 1937 µ 1947 e+e+ Rochester, Butler, Historische Einführung Eine kurze Geschichte der Elementarteilchen

12 Institut für Hochenergiephysik 1897 I have heard it said that the finder of a new elementary particle used to be rewarded by a Nobel Prize, but such a discovery now ought to be punished by a $10,000 fine. e-e K p 1932 n 1937 µ 1947 e+e Willis Lamb drückte in seiner Nobelpreis-Ansprache1955 recht gut die Stimmung der Zeit aus: Lamb Historische Einführung Eine kurze Geschichte der Elementarteilchen

13 Institut für Hochenergiephysik1b. Das Standardmodell Welche Ordnung steckt hinter dem Teilchenzoo? Was sind die fundamentalen Teilchen? Welchen Kräften und Wechselwirkungen unterliegen sie? Was ist das Besondere an der starken Kraft? Was sind Mesonen und Baryonen? Welche Rolle spielt das Higgs-Teilchen?

14 Institut für Hochenergiephysik Lebensdauer (s) n c KLKL D KcKc KSKS 0 B J 1s 2s 3s 4s D* c 0 Masse (GeV/c 2 ) 1s 1 ms 1 µs s s s Das Standardmodell E=1eV 1 ns e - Leptonen (Spin ½, keine Farbladung) W ±, Z o Kräfteteilchen (Spin 1, Vektor-Bosonen) p n c 0 Baryonen (Spin ½ oder 3/2 ) (enthält) Teilchen 1. Generation (enthält) Teilchen 2. Generation (enthält) Teilchen 3. Generation Mesonen (Spin 0 oder 1) KLKL D KcKc KSKS 0 B J 1s 2s 3s 4s D* Der Teilchenzoo + - e-e- 1V 1GeV = eV Das Elektronenvolt (eV)

15 Institut für Hochenergiephysik Materieteilchen = Fermionen (Spin ½) Ladung 0 +2/3 -1/3 d u u d u d LeptonenQuarks Das Standardmodell +1 0 Proton Neutron Baryonen Wechselwirkungen stark schwach Schwerkraft ? Schwache Kraft W, Z Elektromagn. Kraft Starke Kraft g Kräfteteilchen = Bosonen (Spin 1) e e uct dsb Das moderne Bild – das Standardmodell

16 Institut für Hochenergiephysik d u s c b t e e Anti -Teilchen Wechselwirkungen stark schwach e Ladung /3 + 1/3 Schwerkraft ? Schwache Kraft W, Z Elektromagn. Kraft Starke Kraft g e d u s c b t LeptonenQuarks Kräfteteilchen = Bosonen (Spin 1) Das Standardmodell Das moderne Bild – das Standardmodell

17 Institut für Hochenergiephysik Die schwache Kraft Das Standardmodell Kurze Reichweite, wirkt auf alle Materieteilchen 3 Kräfteteilchen: W +, W -, Z Einzige Wechselwirkung, die eine Umwandlung der Quarkart erlaubt (Beispielprozess: Umwandlung von d- in u-Quark beim Beta-Zerfall): Die schwache WW Uni Wuppertal

18 Institut für HochenergiephysikDas Standardmodell Die starke Kraft FarbeAntifarbe ROTTÜRKIS BLAUGELB GRÜNPINK stärkste Kraft, allerdings Auswirkungen nur auf sehr kleinen Distanzen Farbladung Quarks haben neben der elektrischen Ladung auch noch eine Farbladung 1). Die zugehörigen Kräfteteilchen werden Gluonen genannt. Sie sind für den Zusammenhalt der Quarks verantwortlich. 1) der Begriff Farbe ist nicht wörtlich zu nehmen; er dient nur der Anschauung Die Farbladung

19 Institut für Hochenergiephysik Quarks können nicht einzeln beobachtet werden (Quark- Confinement). Sie treten immer nur in Bindungszuständen auf: Es gibt zwei Möglichkeiten Teilchen zu bilden: 3 Quarks mit jeweils verschiedenen Farben: Baryonen 2 Quarks mit jeweils einer Farbe und einer Antifarbe: Mesonen Das Standardmodell Baryonen q q q q q d u Mesonen q q Die Farbladung

20 Institut für Hochenergiephysik ++ u u u u d d u s c d D s u b b d u u d u d ProtonNeutron Mesonen Baryonen... Atomkern He-Kern ( -Teilchen) Atom Materie Das Standardmodell Bindungszustände

21 Institut für Hochenergiephysik Das sieht ja alles ziemlich gut aus, aber … Das Standardmodell Das Standardmodell kann nur dann richtig sein, wenn es noch ein weiteres Teilchen gibt: das Higgs-Boson. Es wurde allerdings noch nicht gefunden. Dennoch wurde das Standardmodell in vielen Präzisionsmessungen hervorragend bestätigt. Die Suche nach dem Higgs ist daher eine der großen Aufgaben der heutigen Physik. Das Higgs-Boson

22 Institut für Hochenergiephysik e e µ µ Zerfall e e 26 ns 2200 ns Streuprozess e-e- e+e+ e+e+ K K p p e-e- e+e+ e+e+ Das Standardmodell K K Zerfälle & Streuprozesse


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