Caren Hagner Uni Hamburg Was ist Physik? Caren Hagner Uni Hamburg

Soll man Physik studieren? Max Planck (1858-1947) Antwort von 1874: "Theoretische Physik, das ist ja ein ganz schönes Fach... aber grundsätzlich Neues werden sie darin kaum mehr leisten können." Ph.v. Jolly zu M. Planck, 1874 Nicht lange danach entstanden: Relativitätstheorie Quantenmechanik … Mit noch nicht einmal 17 Jahren macht Max Planck das Abitur. Sieben Jahre am Gymnasium galten damals für Hochbegabte als ausreichend. Die Studienwahl fällt ihm schwer. Er schwankt zwischen Musik und Physik. Ein Freund der Familie, der Physiker Professor Jolly, rät von der Physik ab - mit einer Begründung, die uns heute, wenn wir die fachlichen Leistungen Max Plancks im Auge haben, fast paradox anmutet. Jolly rät vom Physikstudium ab, weil "in dieser Wissenschaft schon fast alles erforscht sei". Und als Planck sich informiert, welche Aussichten ein Musikstudium eröffnen könnte, erhält er die harte Antwort: "Wenn Sie sich erst erkundigen, dann lassen Sie es besser bleiben." So beginnt Planck 1874 sein Studium der Mathematik und Physik in München. Im Frühjahr 1877 unternimmt er mit Freunden eine mehrwöchige Fußtour nach Oberitalien: Comer- und Luganer See, Lago Maggiore, Brescia, Venedig, Florenz, Venedig, Gardasee, alles in einer eigentümlich zickzackförmigen Reiseroute je nach Laune und Wetter und den Fahrplanmöglichkeiten der Eisenbahn. Im Wintersemester 77/78 studiert er an der Universität Berlin bei Kirchhoff, der zusammen mit Bunsen die Spektralanalyse entwickelt hatte, bei Helmholtz und Clausius. 1879 macht Max Planck in München 21-jährig das Lehramtsexamen für Physik und Mathematik und den Doktor. Das Thema der Doktorarbeit ist "Der 2. Hauptsatz der Wärmelehre". Er schreibt darüber: "Der Eindruck dieser Schrift in der damaligen physikalischen Welt war gleich Null. Von meinen Universitätslehrern hatte, wie ich genau weiß, keiner ein Verständnis für ihren Inhalt. Sie ließen sie wohl nur deshalb passieren, weil sie mich von meinen sonstigen Arbeiten im Seminar her kannten."

Nobelpreis 1921 Albert Einstein (1879 – 1955) 1905: “Annus Mirabilis” Spezielle Relativitätstheorie E = mc2 Lichtquanten: Photonen Photoelektrischer Effekt Brownsche Bewegung 1916: Allgemeine Relativitätstheorie 1925: Bose-Einstein Kondensation "for his services to Theoretical Physics, and especially for his discovery of the law of the photoelectric effect" Nobelpreis 1921

Theorie und Experiment am Beispiel der Entdeckung des Neutrinos

Wolfgang Pauli „erfindet“ das Neutrino (1930) Energiespektrum der Elektronen beim β-Zerfall n So sollte es aussehen Als Lösung postuliert W. Pauli das Neutrino Aber dies wurde gemessen! Zahl der EleKtronen Energie des Elektrons

Liebe radioaktive Damen und Herren, wie der Überbringer dieser Zeilen, den ich huldvollst anzuhören bitte, Ihnen des näheren auseinandersetzen wird, bin ich angesichts... des kontinuierlichen Beta-Spektrums auf einen verzweifelten Ausweg verfallen, um ... den Energiesatz zu retten. Nämlich die Möglichkeit, es könnten elektrisch neutrale Teilchen, die ich Neutronen nennen will, in den Kernen existieren, welche das Ausschließungsprinzip befolgen und sich von Lichtquanten außerdem noch dadurch unterscheiden, daß sie nicht mit Lichtgeschwindigkeit laufen. Ihre Masse müßte von derselben Größenordnung wie die Elektronenmasse sein. Ich traue mich vorläufig nicht, etwas über diese Idee zu publizieren, und wende mich vertrauensvoll an Euch, liebe Radioaktive, mit der Frage, wie es um den experimentellen Nachweis stände, wenn dieses Neutron ein ebensolches oder etwa 100 mal größeres Durchdringungsvermögen besitzen würde wie ein Röntgenstrahl. Ich gebe zu, daß mein Ausweg vielleicht von vornherein wenig wahrscheinlich erscheinen mag, weil man die Neutronen, wenn sie existieren, wohl längst gesehen hätte. Aber nur wer wagt, gewinnt, und der Ernst der Situation beim kontinuierlichen Beta-Spektrum wird durch einen Ausspruch meines verehrten Vorgängers im Amte, Herrn Debye, beleuchtet, der mir kürzlich gesagt hat: ’Oh, daran soll man am besten gar nicht denken, so wie an die neuen Steuern.’ Darum soll man jeden Weg zur Rettung ernstlich diskutieren. Also, liebe Radioaktive, prüfet und richtet. Leider kann ich nicht persönlich in Tübingen erscheinen, da ich infolge eines in der Nacht vom 6. zum 7. Dezember in Zürich stattfinden Balles hier unabkömmlich bin. Mit vielen Grüßen an Euch, Euer untertänigster Diener ... Wolfgang Pauli

Zerfall des Neutrons - Geburt des Neutrinos ve Q = +2/3 Proton Neutron Q=-1/3 d d Q = -1/3 u Q = +2/3 Verantwortlich für die Umwandlung des d-Quarks in u-Quark: schwache Kernkraft (elektroschwache Wechselwirkung)

Wolfgang Pauli in Hamburg (1955) 1925 Kopenhagen Pauli Hamburg (November 1955) Die Universität Hamburg profitierte vor allem in den 20er Jahren von der Nähe der beiden Zentren für theoretische Physik, Kopenhagen und Göttingen. Im Sommersemester 1922 war Wolfgang Pauli als «wissenschaftlicher Hilfsarbeiter», d.h. als Assistent zu seinem Freund Wilhelm Lenz gestossen. Nach dem Studienaufenthalt in Kopenhagen habilitierte sich Pauli 1924 in Hamburg. Im gleichen Jahr entdeckte er das «Ausschliessungsprinzip». @CERN Geneva 1922 Assistent an der Universität Hamburg 1924 Habilitation in Hamburg (Entdeckung des Ausschließungsprinzips) 1945 Nobelpreis für das Ausschließungsprinzip

Erster Nachweis des Neutrinos 1956 F. Reines 1995 Cowan und Reines Reines (1918-1998) Neutrinos erzeugt durch Kernreaktor Nachweis durch Neutrinoeinfang, Szintillator, PMT’s Nobelpreis für Reines 1995

Fundamentale Teilchen Quarks: Leptonen: u c s t b ve μ vμ τ vτ e d Graviton Photon Gluon W,Z Austauschteilchen der Kräfte:

Fundamentale Theorien Quantenmechanik Relativitätstheorie Elektromagnetismus Schwache Wechselwirkung Gravitation Elektroschwache Wechselwirkung ? Stringtheorie Starke Wechselwirkung: Quantenchromodynamik (QCD) Supersymmetrie

Grosse Fragen in der Teilchenphysik: Gibt es das Higgs-Teilchen? Wie werden die Teilchenmassen erzeugt? Warum Materie – Antimaterie Asymmetrie? (CP-Verletzung) Wie groß ist die Neutrinomasse? Gibt es Supersymmetrie? Wie hängen die 4 fundamentalen Wechselwirkungen zusammen? GUT? Stringtheorie?

Kosmologie wird experimentell ! WMAP

Woraus besteht das Universum? 4% bekannte Materie (Protonen, Neutronen…) 23% kalte dunkle Materie unbekannte Teilchen! 76% dunkle Energie Niemand weiss bisher was das ist!

Teilchenphysik in Hamburg: DESY Eines der weltweit führenden Beschleunigerlabors: Erster Nachweis des Gluons! Wesentliche Beiträge zur QCD, Physik schwerer Quarks (c und b quark), Physik des Tauleptons Im Moment Beschleuniger HERA (Experimente H1 und ZEUS) Zukunft: Beteiligung an ILC (International Linear Collider) Physik mit Synchrotronstrahlung Zukunft: europäisches Röntgenlaserprojekt XFEL

Neue Beschleunigungstechnik @ DESY ILC XFEL

Teilchenphysik in Hamburg: CMS Beteiligung am LHC Programm des CERN (CMS Experiment: ~ 2000 Physiker!)

Teilchenphysik in Hamburg: Neutrinos Beteiligung am OPERA Experiment am Gran Sasso Untergrundlabor in Italien Neutrinostrahl (vμ) vom CERN zum Gran Sasso Untergrundlabor 732 km Neutrinooszillationen ! LNGS

Gran Sasso Untergrundlabor LNGS Neutrinos vom CERN

+ Astroteilchenphysik in Hamburg Beteiligung am HESS Experiment in Namibia Atmosphärisches Cerenkov Teleskop für hochenergetische Gammastrahlen ( ~ 100 GeV - TeV Bereich) Supernova-Überrests RX J1713.7-4946 im Sternbild Scorpio

Neues Bild der Milchstraße! Große Frage der Astroteilchenphysik: Was sind die extrem hochenergetischen Teilchen (1020eV!) ? Wie und wo werden sie so stark beschleunigt?

Interessante Experimente

Super-Kamiokande Neutrinodetektor (Japan): Sonnenneutrinos Atmosphärische Neutrinos Beschleunigerneutrinos Reaktorneutrinos

Wiederaufbau fand (teilweise) statt

Neutrinoteleskope: ANTARES im Mittelmeer (2400m Tiefe)

Neutrinoteleskope: AMANDA am Südpol (im Eis 2000m Tiefe) South Pole Dome road to work AMANDA Summer camp 1500 m Amundsen-Scott South Pole station 2000 m [not to scale]

AMANDA Deployment

Physik - Grundlagenforschung Hochenergiephysik Fusionsforschung Astrophysik Astroteilchenphysik Hadronen- und Kernphysik Kondensierte Materie

Atom- und Molekülphysik Institut für Laserphysik: Eigenschaften von kohärentem Licht und kohärenter Materie, sowie deren Wechselwirkungen Neuartige Laserquellen Bose-Einstein Kondensation

Kondensierte Materie – Strukturen Hamburger Mikrostrukturzentrum Halbleitertechnologie, Rastersensormethoden, dünne Schichten, Nanotechnologie, Grenzflächenphysik, Supraleitung und Magnetismus

Physikstudium in Hamburg Fachbereich Physik steht in Forschungsrankings an vorderster Stelle (neben TU München, RWTH Aachen, Uni Heidelberg) Evaluation der Forschung durch das BMBF ergab exzellente Bewertung Sie haben die Qual der Wahl zwischen hervorragenden Forschungsgruppen, die alle an der „cutting edge“ der Physik arbeiten.

Gute Berufsaussichten Arbeitsmarkt für Physiker hat sich stabilisiert Erhöhte Chancen wenn Arbeitssuche nicht nur in den traditionellen Gebieten Mittelfristig wird Mangel in Natur- und Ingenieurswissenschaften erwartet

Zusammenfassung Physik ist „schweres“ Studium Es lohnt sich aber! Chance die Grenzen unseres Wissens selbst zu erweitern. Forschung an vorderster Front! Sehr vielseitige Tätigkeiten - Für jeden etwas: Bastler, Abenteurer, Künstler, Buchhalter, Politiker, Manager, Lehrer… Anforderungen (außer den fachlichen): Flexibilität, Lernbereitschaft (auch später!), Teamfähigkeit, Fremdsprachen, Kreativität Hamburg bietet ausgezeichnete Chancen Berufsaussichten (relativ) sehr gut

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