Die Welt der kleinsten Teilchen

Präsentation zum Thema: "Die Welt der kleinsten Teilchen"—  Präsentation transkript:

1 Die Welt der kleinsten Teilchen
Woraus ist die Welt, woraus sind wir selbst gemacht? Was ist da drin? Gedanken der griechischen Philosophen: Demokrit ( v.Ch.) u.a.: Materie besteht aus unteilbaren, kleinen Bausteine = atomos () = unteilbar Aber auch: Aristoteles u.a.: Der Raum ist kontinuierlich mit Materie ausgefüllt Elementares mit Symmetrien (Platon u.a.) 11.Juni 2005 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht

2 was die Welt, im Innersten
Dass ich erkenne .. ,,Dass ich erkenne, was die Welt, im Innersten zusammenhält“ 11.Juni 2005 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht

3 Die Materie ist „körnig“, aus Bausteinen aufgebaut
Empirische Hinweise auf atomare Struktur der Materie erst im 19.Jahrhundert: 1) Elemente verbinden sich in immer gleichen Gewichtsverhältnissen: 16g Sauerstoff + 2 g Wasserstoff = 18 g Wasser 2 : 16 weil Masse(O) = 16  Masse(H) 2) Druck und Temperatur in Gasen erklärbar durch bewegte Teilchen Schlussfolgerungen sind indirekt. Kann man Teilchen sichtbar machen? Ja 11.Juni 2005 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht

4 Wie kann man kleine Teilchen „sehen“ ?
E.Rutherford misst die Struktur der Atome durch Streuversuche Goldatome in einer Folie Rutherford Applet 11.Juni 2005 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht

5 Rutherford‘s Atommodell:
Kern : Atom = 1 :  das Atom ist leer ! Und das Atom ist nicht unteilbar – es besteht aus Elektronen und dem Kern und voraus bestehen die…? 11.Juni 2005 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht

6 Der Aufbau der Materie aus kleinsten Teilchen
Elektron 1/ 10-10 m Atom 10-9 m Molekül 10-14 m Atomkern 10-15 m Proton 0,01 m Kristall > < <10-18 m Quark, 1/10 1/1.000 1/10 1/10.000 Stecknadelkopf: 10-3m = 0,001m Elektron, Quark: <10-18m = 0, m mal10 punktförmig? 11.Juni 2005 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht

7 Die Struktur der Materie:
Materie ist aus Bausteinen aufgebaut, Vielfalt der Natur durch Zusammensetzen von Elementarem Die kleinsten Teilchen sind winzig oder haben keine Ausdehnung, der Raum ist leer Warum wirkt Materie – z.B. ein Tisch – dann massiv? Teilchen üben Kräfte untereinander aus! Frage: Was sind die Kräfte, die die Welt im Innersten zusammenhalten? 11.Juni 2005 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht

8 Die fundamentalen Kräfte in der Natur
Schwerkraft el.-mag.Kraft p n starke Kraft schwache Kraft 11.Juni 2005 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht

9 Teilchen als Kraftvermittler
Abstoßend Anziehend Austauschteilchen sind die Quanten der Kraftfelder 11.Juni 2005 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht

10 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht
11.Juni 2005 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht

11 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht
Warum hohe Energien? Energie = Kraft  Weg Energie = Masse  c2 E=mc2 1 Elektronenvolt = Energie eines Elektrons nach Durchlaufen einer Spannung 1 Volt Energie: - Abtasten von Strukturen - Aufbrechen von Strukturen - Erzeugung von neuer Materie: E=mc2 11.Juni 2005 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht

12 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht
Beschleuniger Simulation Speicherring: Linearbeschleuniger: 11.Juni 2005 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht

13 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht
ZEUS Protonen GeV Elektronen GeV 11.Juni 2005 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht

14 Wie sieht man Quarks? Quarks im Proton
Elektron Proton g Quark-Jet Ja, man kann Quarks „sehen“! Elektron Quark-Jet H1-Detektor 11.Juni 2005 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht

15 Erzeugung von Quarks und Antiquarks aus Energie
jet e+ e– quark antiquark 11.Juni 2005 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht

16 Materie und Antimaterie
Entdeckung des Positrons = Antielektron Symmetrie der Materie und Antimaterie: Teilchen mit gleicher Masse, aber umgekehrte Ladungen Teilchen-Antiteilchen entstehen als Paar aus Energie und vernichten sich als Paar 11.Juni 2005 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht

17 Die starke Kraft: „Quantenchromodynamik“
Warum sehen wir Jets und nicht die Quarks selbst? Quarks erscheinen frei beweglich im Proton, man bekommt sie aber nicht raus!? 3 Ladungen: rot, grün, blau Eigenschaft der starken Kraft: die notwendige Energie zum separieren von Quarks wächst mit dem Abstand, wie bei einem Gummiband: (el.-magn.Kraft: 1 Ladung, nimmt mit Abstand ab) „Confinement“: Quarks sind eingesperrt, es gibt nur farbneutrale Objekte 11.Juni 2005 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht

18 Für die Entdeckung der spezifischen Eigenschaften der QCD
Nobelpreis 2004 Für die Entdeckung der spezifischen Eigenschaften der QCD David Politzer Frank Wilczek David Gross 11.Juni 2005 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht

19 Systematik in der Welt der Teilchen
Systematik  Symmetrien Warum 3? 3 Familien von Quarks und Leptonen Brauchen nur 1.Familie für die Atome: Proton=uud, Neutron=udd, Elektron !? Ist das alles? + Kraftteilchen , W, Z0, 8 Gluonen, Graviton 11.Juni 2005 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht

20 HIGGS-Teilchen Masse  Trägheit Wie kann man das verstehen????
Die Teilchen in den 3 Familien unterscheiden sich nur in ihrer Masse. Schöne Symmetrie, wenn alle Teilchen keine Masse hätten. Warum haben die Teilchen Masse? Antwort der Theoretiker: Higgs-Teilchen „gibt“ allen Teilchen Masse Wie kann man das verstehen???? Masse  Trägheit Der britische Wissenschaftsminister wollte das auch verstehen, bevor er das Geld für den „Large Hadron Collider“ locker macht …….. 11.Juni 2005 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht

21 Wie die HIGGS-Teilchen träge machen
Party – Gäste erwarten eine/n Prominente/n Prominente/r kommt – Wellenbewegung in Richtung Tür Gäste suchen die Nähe der Prominenz Masse  Trägheit Prominente/r wird unbeweglich – bekommt Masse Gäste = Higgs-Feld Prominente/r = massives Teilchen 11.Juni 2005 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht

22 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht
LHC im CERN/Genf ATLAS detector 11.Juni 2005 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht

23 Higgs-Teilchen am ILC/TESLA (International Linear Collider)
11.Juni 2005 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht

24 Offene Fragen Das Standardmodell der Teilchen und Kräfte
wurde mit höchster Präzision immer wieder bestätigt. Trotzdem wissen wir, dass es nicht alle Fragen beantworten kann. Zunächst: Das Higgs-Teilchen muss noch gefunden werden Dann: Warum gibt es 3 Familien? Warum ist die Ladung des Protons exakt = -Ladung des Elektrons? Was ist die „Dunkle Materie“ und die „Dunkle Energie“ im Kosmos? Warum gibt es unterschiedliche Kräfte, gibt es die Urkraft? …… 11.Juni 2005 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht

25 Die Vereiniung der Kräfte
Die Vereinigung der Kräfte Big Bang s 1019 GeV s 1015 GeV 100 GeV s 11.Juni 2005 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht

26 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht
Super-Symmetrie electron selectron quark squark photon photino Fermion Boson Boson Fermion Super-Symmetrie vereinigt Bosonen mit Fermionen Kraft mit Materie 11.Juni 2005 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht

27 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht
Super-Symmetrie vereinigt Kräfte und … mPl MX ~ 1014 GeV tp ~ 1031 a MX ~ 1016 GeV tp ~ 1038 a ein Vereinigungs-Punkt bei MX = 2·1016 GeV ! Proton-Lebensdauer > exptl. Grenze leichtestes SUSY-Teilchen Dunkle Materie im Universum ! beseitigt mathemat. Inkonsistenzen in der Theorie 11.Juni 2005 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht

28 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht
Es bleibt interessant 11.Juni 2005 H.Kolanoski, Welt der kleinsten Teilchen - Lange Nacht