Warum benötigen wir immer grössere Beschleuniger (wie den Large Hadron Collider LHC bei CERN/Genf)? Amand Fäßler, Tübingen

Dichte der Zäpfchen und Stäbchen. Das Auge 120 Millionen Stäbchen für hell-dunkel Farbsehen durch 6 Millionen von Zapfen Normalsichtig Auflösungsvermögen: Bei Abstand 1 Meter bei gesundem Auge etwa 0,5 bis Millimeter. Dichte der Zäpfchen und Stäbchen. Fäßler, Tübingen

Einfachstes Lichtmikroskop Wir haben aber keine Linsen für dieses hochenergetische Licht ! Auflösung immer im Bereich der Wellenlänge: l Sichtbares Licht : l ~ 500 nm = 0,5 Mikrometer. Wir brauchen „Licht“ mit kürzerer Wellenlänge. Röntgen: 10 keV  0,1 Nanometer g-Strahlen: 1 MeV =1000 keV  0,001Nanometer Fäßler, Tübingen

Teilchen-Welle-Dualismus Elektronen Licht Experiment zum ersten Mal mit Elektronen in Doktorarbeit von Jönsson in Tübingen Fäßler, Tübingen

DasYoungsche Experiment mit Licht am Doppelspalt Fäßler, Tübingen

Elektronen haben Ladung. Elektronenmikroskop Elektronen haben eine deBroglie-Wellenlänge: Ee = 10 keV  l = 0,1 nm = 10-10 m; beste erreichte Auflösung ~ 0,1 nm Atom: 10-8 cm = 0,1 nm Man kann fast einzelne Atome sehen. Was sind die Linsen für das Elektronenmikoskop? Elektronen haben Ladung. Man kann sie mit elektrischen (Spannung) und magnetischen Feldern manipulieren. Fäßler, Tübingen

Elektrische und Manetische Linsen für das Elektronenmikroskop (keV bis MeV) Schematische Strahlführung und elektrostatische Linse Magnetische Linse

Will man noch kleinere Objekte sehen wie Atomkerne, Protonen, Elektronen, Quarks, benötigt man kleinere Wellenlängen und noch höhere Energien. Auflösung ~ Wellenlänge l ~ (1240/Energie[MeV])x10-15 Meter Atomkern: Durchmesser D ~ 20x10-15 Meter E = 600 MeV Proton/Neutron: D = 2x10-15 m  E = 10 000 MeV = 10 GeV Quarks+Elektronen: D ~ 10-17 Meter  1000 GeV = 1 TeV Fäßler, Tübingen

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Neue Physik  schwerere Teilchen Vektorbosonen (E = mc2 = 80 GeV) Träger der Schwachen Kraft (Betazerfall nach Tschernobyl; Spaltung von: 23592Uran143 ; 92 Protonen u. 143 Neutronen): Neutron  Proton + Elektron + Neutrino Higgs-Boson: Gibt den Teilchen die Masse 120 GeV bis 1000 GeV = 1 TeV; Entdeckung am Large-Hadron-Collider? Supersymmetrische (SUSY) Teilchen: 120 bis 1000GeV = 1 TeV; erlaubt Elektromagnetische Kraft, Schwache Kraft und Kernkraft als eine Kraft zu verstehen. „Grosse Vereinheitlichte Theorie“; Test am LHC ? Fäßler, Tübingen

Beschreibt Daten auch bei höchsten Energien. Entdeckung des Vektorbosons, dem Träger der Schwachen Kraft durch Rubbia 1982/83 am CERN Neutron  Proton + Elektron + Neutrino Kurze Notation: n  p + e + n Wahrscheinlich- keit mit Energie gegen Unendlich Proton Neutron Elektron Neutrino Vektorboson Neutron Proton Elektron Neutrino Beschreibt Daten auch bei höchsten Energien.

Proton 270 GeV-Antiproton 270 GeV-Kollision Vektorboson 80 GeV Elektron Neutrino Fäßler, Tübingen

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Erste Messung des W-Vektorbosons an Silvester 1982 durch Rubbia und Mitarbeiter. Nobelpreis für Rubbia und van der Meer Antiproton Proton Vektorboson 80 GeV Neutrino Elektron Fäßler, Tübingen

Amand Fassler, Tübingen Der „Large Hadron Collider“ bei Genf ist ein Ringbeschleuniger von 27 km Länge mit einer Kollisionsenergie von Proton auf Proton von 7+7 = 14 [TeV] = 14*1012 [eV]. Größter Beschleuniger der Welt 2008/2009 7 TeV Protonen 270 GeV Antiprotonen 270 GeV Protonen Amand Fassler, Tübingen

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Prinzip der Beschleunigung im elektrischen Feld Fäßler, Tübingen

Resonator: Elektrisches Feld schwingt, so dass es immer das geladene Teilchen beschleunigt, wenn es durch fliegt Fäßler, Tübingen

Strahlführung bei der GSI in Darmstadt: gelb Quadrupolmagnete zur Fokusierung und rot Dipolmagnete zur Ablenkung Fäßler, Tübingen

Blau: Supraleitende Dipolmagnete zum Ablenken des Protonenstrahls im LHC auf die 27 km lange Kreisbahn. Fäßler, Tübingen

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Unfall am 19. September 2008: Bei einer schlechten Verbindung erwärmt sich durch den Strom und Widerstand das Teil und schmilzt. Flüssiges Helium wird explosionsartig frei ( Ausdehnung: 1 : 700). Herbst 2009. Herbst 2009. Fäßler, Tübingen

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mit Magnetfeld (Simulation) Proton-Proton-Kollision bei 7 TeV + 7 TeV = 14 TeV am LHC in einem Detektor mit Magnetfeld (Simulation) ENDE Fäßler, Tübingen

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Teil der 27 km langen Strahlführung und Beschleunigungsstrecke des „Large Hadron Colliders“. Amand Fassler, Tübingen

Beschleuniger Anlagen beim Europäischen Kernforschungszentrum in (CERN) Genf Fäßler, Tübingen

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mit Magnetfeld (Simulation) Proton-Proton-Kollision bei 7 TeV + 7 TeV = 14 TeV am LHC in einem Detektor mit Magnetfeld (Simulation) Fäßler, Tübingen

Amand Fassler, Tübingen Wir wollen mit dem LHC die Physik jenseits des Standard-Modells untersuchen. Können wir unseren Kopf durch die Kristallsphäre des Aristoteles strecken? Amand Fassler, Tübingen

Entwicklung unseres Universums vom Urknall bis heute. Fäßler, Tübingen

Amand Fassler, Tübingen Warum so hohe Energien? Wir können die Naturgesetze näher am Urknall testen. SPS 10-10 Sek. 10-11 Sek. 10-12 Sek. 10-12 Sekunden nach Urknall und 1015 Grad Celsius. Neue Physik ? Amand Fassler, Tübingen

1024 GeV 80 GeV 0,3 eV = 3000° Kelvin Elektronen lagern sich an Protonen an. LHC 10-12 sec

Aufbau des CMS-Detektors am „Large Hadron Collider“ Fäßler, Tübingen