Physik mit Teilchen, Kernen und Sternen Das Exzellenzcluster ‚Origin and Structure of the Universe‘ Prof. Stephan Paul.

Präsentation zum Thema: "Physik mit Teilchen, Kernen und Sternen Das Exzellenzcluster ‚Origin and Structure of the Universe‘ Prof. Stephan Paul."—  Präsentation transkript:

1 Physik mit Teilchen, Kernen und Sternen Das Exzellenzcluster ‚Origin and Structure of the Universe‘
Prof. Stephan Paul

2 Vom Kleinen zum Grossen – Der Kreis der Physik
Schülertag TUM

3 Kräfte und Wechselwirkungen
Art des ausgetauschten Teilchens bestimmt WW Reichweite der Wechselwirkung: Austauschteilchen is virtuelles Teilchen→ Energiesatz wird verletzt Hohen Massen (Energien)  Kleine Abstände untersuchen Schülertag TUM

4 Wechselwirkungen II Masselose Teilchen: Graviton, Photon geben eine unendliche Reichweite (1/r-Gesetz) Teilchen der Masse m = 80 GeV → Reichweite; 2.5∙10-3 fm ca. 1/1000 Größe eins Protons (schwache WW) Teilchen der Masse m = 140 MeV → Reichweite: 1,4 fm (Kernkraft) Schülertag TUM

5 Die Bausteine der Welt Schülertag TUM

6 Die Suche nach dem Ursprung der Masse
Urbausteine (Quarks/Leptonen) haben Masse Es gibt leichte Bausteine (u,d-Quark, Elektron) Es gibt schwere Bausteine (b,t-Quark, muon/t-Lepton) ca mal schwerer Warum Haben Bausteine die gemessenen Massenwerte Gibt es Bausteine mit so unterschiedlicher Masse Higgs-Mechanismus Hintergrundfeld erzeugt Masse (Higgs-Teilchen) Vgl. Schumacher in Fangemeinde..... Schülertag TUM

7 Der Higgs-Effekt – Wie Masse Entsteht
Schülertag TUM

8 10-43 Sekunden: Der Vorhang hebt sich… Raum und Zeit sind schaumig….
Superstrings: eine ‘Weltformel’ ? Alle Kräfte sind vereint Die Welt ist 10-dimensional Doch nur 4 Dimensionen haben nn der Expansion des Raumes teilgenommen, Die anderen Dimensionen sind aufgrollt Schülertag TUM

9 Innerhalt 10-32 Sekunden expandiert der Raum um das 1050-fache
Inflation: Innerhalt Sekunden expandiert der Raum um das 1050-fache QuantenFluktuationen in der Energiedichte werden verstärkt (3 K Hintergrundstrahlung) Sie bilden die Grundlage für die spätere Entstehung von Galaxien Schülertag TUM

10 Das Babyfoto: MikrowellenTemperaturschwankungen
Cobe 1994 2006 WMAP 2003 Schülertag TUM

11 Ein winziger Überschuss von Materie zu Antimaterie wird erzeugt
Aus der 1 in der neunten Stelle hinterm Komma sind WIR gemacht Schülertag TUM

12 Bis Sekunden: Suppe aus Elementarteilchen und Austauschbosonen in steter WW Dabei Abkühlung durch räumliche Expansion und Änderung der Kopplungsstärken Schülertag TUM

13 Elektroschwache Symmetriebrechung
Sekunden: Elektroschwache Symmetriebrechung Neutrinos entkoppeln: schwache WW wird zu schwach, Neutrinos sehen andere Teilchen zu selten Schülertag TUM

14 Wie betrachte ich verschiedene Größenskalen ?
Schülertag TUM

15 Mikroskope..... Ringbeschleuniger
Nutzbare Energie zur Erzeugung von Neuem: √s = E1+E2 Baue Collider (zwei kollidiernde Strahlen) Ringbeschleuniger Beschleungungsstrecke Umlenkmagnete Schülertag TUM

16 CERN – Herr der Ringe 8.6 km Schülertag TUM

17 CERN Beschleuniger und das LHC
8 TeV auf 8 TeV Kollisionen.... Mp ~ 1 GeV und E=mc2 Testaufbau LHC-Ring - Simulation Schülertag TUM

18 Wie sieht ein Detektor aus ?
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19 Eindrücke eines Superdetektors
Transportprobleme ?? Zentraler Detektorteil - Rohbau Schülertag TUM

20 Was passiert bei einer harmlosen Kollision ?
Strahl Schülertag TUM

21 Kollisionen bei hohen Energien:
Higgs Teilchen simuliert Schülertag TUM

22 Proton und Neutron kondensieren aus der Suppe von Quarks und Gluonen
Sekunden: Proton und Neutron kondensieren aus der Suppe von Quarks und Gluonen (Quark-Gluon Plasma) Ansicht eines Protons Mit hoher Auflösung Schülertag TUM

23 Entstehung der ersten Elemente Primordiale Nukleosynthese
Sekunden: Entstehung der ersten Elemente Primordiale Nukleosynthese Es gibt keine stabilen Elemente mit A=5 4He ist Endstation Die ersten 3 Minuten sind vorüber Schülertag TUM

24 Messung der Lebensdauer des Neutrons
Proton Nachweis FRM II der TUM Neutron trajectories good bad Der Reaktortank Die Neutronenextraktion Magnetischer Multipol Beff ~ 2T Einlasskonfiguration Stromleiter Schülertag TUM

25 Entkopplung der Photonen Entstehung der Sterne und Galaxien
105 Jahre: Entstehung der Atome Entkopplung der Photonen Ab 109 Jahre: Entstehung der Sterne und Galaxien Schülertag TUM

26 Elemtenstehung - Was macht ein Stern ?
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27 Was macht die Sonne ? Kernfusion im Herzen der Sonne:
4 p ® 4He + 2e+ + 2ne ( MeV) genauer: ne Neutrino energy [MeV] auf der Erde: 65 Milliarden Neutrinos pro s und cm2 Schülertag TUM

28 Licht und Neutrinos von der Sonne.. Stimmt das ?
t H20 Cerenkov Detektor 40 m hoch 40 m Ø 11146 Licht- detektoren 50 cm Ø 1 km tief in Kamioka Mine, Japan Schülertag TUM

29 Entstehung der schweren Elemente: Supernovaexplosionen
Bis jetzt Entstehung der schweren Elemente: Supernovaexplosionen Ende einer Supernovaexplosion: Schwarzes Loch Im Zentrum jeder Galaxie findet sich ein schwarzes Loch: Beispiel: unsere Milchstrasse (Bild im Nahinfraroten - VLT): Schülertag TUM

30 Kernphysik – Die Landkarte der Kerne
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31 Entstehung neuer Elemente im Labor
GSI – Ionenbeschleuniger UNILAC Schülertag TUM

32 Dennoch…. Wir wissen wenig
Sterne und Galaxien machen nur ~0.5% aus Neutrinos ~0.3–10% Rest normaler Materie (Elektronen and Protonen) ~5% Dunkle Materie ~30% Dunkle Energie ~65% Anti-Materie 0% Higgs Kondensate ~%?? Schülertag TUM

33 Unsere Instrumente für große Objekte
Paranal VLT Chile (ESO) Universitätsternwarte (LMU) - Wendelstein Schülertag TUM

34 Und Wie War’s Ganz Am Anfang ?
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35 Mehr Info auf: www.universe-cluster.de
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