Einblicke in die Elementarteilchenphysik, oder eine kurze Reise von
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Einblicke in die Elementarteilchenphysik, oder eine kurze Reise von über ... ... ins Innerste der Welt. Reiseleiter: Richard Nisius ([email protected]) Ein Wort zur Klärung vornweg - Diese Reise erhebt keinen Anspruch darauf alle Sehenswürdigkeiten zu besuchen! Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 2 Ein Wort zur Klärung vornweg - Diese Reise erhebt keinen Anspruch darauf alle Sehenswürdigkeiten zu besuchen! - Es ist mein erster Job als Reiseleiter nach 22 Jahren Schulabstinenz. Also bitte bremsen Sie mich, wann immer die Reise zu schnell oder verwirrend wird. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 2 Ein Wort zur Klärung vornweg - Diese Reise erhebt keinen Anspruch darauf alle Sehenswürdigkeiten zu besuchen! - Es ist mein erster Job als Reiseleiter nach 22 Jahren Schulabstinenz. Also bitte bremsen Sie mich, wann immer die Reise zu schnell oder verwirrend wird. - Diese Reise ist wie eine Kreuzfahrt. Sie können in Ihrer Luxuskabine unter Deck bleiben und die Sehenswürdigkeiten an sich vorbeiziehen lassen... Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 2 Ein Wort zur Klärung vornweg - Diese Reise erhebt keinen Anspruch darauf alle Sehenswürdigkeiten zu besuchen! - Es ist mein erster Job als Reiseleiter nach 22 Jahren Schulabstinenz. Also bitte bremsen Sie mich, wann immer die Reise zu schnell oder verwirrend wird. - Diese Reise ist wie eine Kreuzfahrt. Sie können in Ihrer Luxuskabine unter Deck bleiben und die Sehenswürdigkeiten an sich vorbeiziehen lassen... - ...oder aber, Sie kommen von Zeit zu Zeit an Deck, schauen genauer hin, und stellen Fragen, Fragen und nochmals Fragen. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 2 Ein Wort zur Klärung vornweg - Diese Reise erhebt keinen Anspruch darauf alle Sehenswürdigkeiten zu besuchen! - Es ist mein erster Job als Reiseleiter nach 22 Jahren Schulabstinenz. Also bitte bremsen Sie mich, wann immer die Reise zu schnell oder verwirrend wird. - Diese Reise ist wie eine Kreuzfahrt. Sie können in Ihrer Luxuskabine unter Deck bleiben und die Sehenswürdigkeiten an sich vorbeiziehen lassen... - ...oder aber, Sie kommen von Zeit zu Zeit an Deck, schauen genauer hin, und stellen Fragen, Fragen und nochmals Fragen. - Denn manchmal sollte sogar Albert Einstein unrecht haben! Zahlreich und groß sind die Hörsäle, doch wenig zahlreich die jungen Menschen, die ehrlich nach Wahrheit und Gerechtigkeit dürsten. (A. Einstein) Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 2 Dass ich erkenne, was die Welt, im Innersten zusammenhält Die zwei Hauptfragen der Elementarteilchenphysik sind: 1) Welches sind die kleinsten Bausteine der Natur, und was sind ihre Eigenschaften? 2) Was sind die fundamentalen Wechselwirkungen dieser Bausteine? Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 3 Dass ich erkenne, was die Welt, im Innersten zusammenhält Die zwei Hauptfragen der Elementarteilchenphysik sind: 1) Welches sind die kleinsten Bausteine der Natur, und was sind ihre Eigenschaften? 2) Was sind die fundamentalen Wechselwirkungen dieser Bausteine? Daraus ergibt sich die Frage: • Wie kann man kleinste Strukturen und ihre Wechselwirkungen sehen, d.h. in irgendeiner Form messen. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 3 Dass ich erkenne, was die Welt, im Innersten zusammenhält Die zwei Hauptfragen der Elementarteilchenphysik sind: 1) Welches sind die kleinsten Bausteine der Natur, und was sind ihre Eigenschaften? 2) Was sind die fundamentalen Wechselwirkungen dieser Bausteine? Daraus ergibt sich die Frage: • Wie kann man kleinste Strukturen und ihre Wechselwirkungen sehen, d.h. in irgendeiner Form messen. Wir brauchen einen Ersatz für: Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 3 Die Elementarladung • Die Elementarladung e = 1.6 · 10−19 Coulomb ist die elektrische Ladung Q eines Elektrons (QElektron = −Qproton ein ungelöstes Rätsel!) . Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 4 Die Elementarladung • Die Elementarladung e = 1.6 · 10−19 Coulomb ist die elektrische Ladung Q eines Elektrons (QElektron = −Qproton ein ungelöstes Rätsel!) . • Ein Elektron, das eine Spannung von einem Volt durchläuft, erhält eine Energie von 1 eV = 1.6 · 10−19 J. E0 E > E0 e− e− E = E0 + 1 eV Gebräuchliche Einheiten: e− kilo eV = 1 keV = 1000 eV = 103 eV giga eV = 1 GeV = 1000 000 000 eV = 109 eV 1V Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 4 Die Elementarladung • Die Elementarladung e = 1.6 · 10−19 Coulomb ist die elektrische Ladung Q eines Elektrons (QElektron = −Qproton ein ungelöstes Rätsel!) . • Ein Elektron, das eine Spannung von einem Volt durchläuft, erhält eine Energie von 1 eV = 1.6 · 10−19 J. E0 E > E0 e− e− E = E0 + 1 eV Gebräuchliche Einheiten: e− kilo eV = 1 keV = 1000 eV = 103 eV giga eV = 1 GeV = 1000 000 000 eV = 109 eV 1V • Die Energie von 1 GeV ist viel für ein einzelnes Elektron, aber makroskopisch ist sie winzig. Sie reicht gerade mal um eine Taschenlampe (1.6 Watt) für 0.000 000 000 1 s zum Leuchten zu bringen. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 4 Die Heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation • Die Quantenmechanik macht nur Wahrscheinlichkeitsaussagen, d.h. Aussagen über das mittlere Ergebnis vieler Ereignisse. Das Einzelereignis jedoch ist unbestimmt! Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 5 Die Heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation • Die Quantenmechanik macht nur Wahrscheinlichkeitsaussagen, d.h. Aussagen über das mittlere Ergebnis vieler Ereignisse. Das Einzelereignis jedoch ist unbestimmt! • Die Unbestimmtheitsrelation ∆x∆p ≈ ~ bestimmt das Auflösungsvermögen, mit ~ = 6.582 · 10−16 eVs dem Planckschen Wirkungsquantum. Faustformel: ∆x ∆E = 0.2 fm GeV. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 5 Die Heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation • Die Quantenmechanik macht nur Wahrscheinlichkeitsaussagen, d.h. Aussagen über das mittlere Ergebnis vieler Ereignisse. Das Einzelereignis jedoch ist unbestimmt! • Die Unbestimmtheitsrelation ∆x∆p ≈ ~ bestimmt das Auflösungsvermögen, mit ~ = 6.582 · 10−16 eVs dem Planckschen Wirkungsquantum. Faustformel: ∆x ∆E = 0.2 fm GeV. • Mit einem Teilchen der Energie 1 GeV kann man also eine Struktur von der Größe 0.2 fm (1 fm = 10−15 m) untersuchen. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 5 Die Heisenbergsche Unbestimmtheitsrelation • Die Quantenmechanik macht nur Wahrscheinlichkeitsaussagen, d.h. Aussagen über das mittlere Ergebnis vieler Ereignisse. Das Einzelereignis jedoch ist unbestimmt! • Die Unbestimmtheitsrelation ∆x∆p ≈ ~ bestimmt das Auflösungsvermögen, mit ~ = 6.582 · 10−16 eVs dem Planckschen Wirkungsquantum. Faustformel: ∆x ∆E = 0.2 fm GeV. • Mit einem Teilchen der Energie 1 GeV kann man also eine Struktur von der Größe 0.2 fm (1 fm = 10−15 m) untersuchen. Um diese kleinen Strukturen sehen zu können müssen wir demzufolge unsere E0 E > E0 e− e− E = E0 + 1 eV e− durch einen ersetzen. 1V Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 5 Vom Hausbeschleuniger Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 6 Vom Hausbeschleuniger Funktionsprinzip Energiezufuhr durch elektrisches Feld und ~ = Q (E ~ +~ ~ Ablenkung durch Magnetfeld F v × B) Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 6 Vom Hausbeschleuniger Funktionsprinzip Energiezufuhr durch elektrisches Feld und ~ = Q (E ~ +~ ~ Ablenkung durch Magnetfeld F v × B) Leistungsmerkmale Beschleunigtes Objekt: Spannung: Auflösungsvermögen: Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München Elektron 20 kV 10 000 fm 11 September 2002 Richard Nisius Page 6 Vom Hausbeschleuniger Funktionsprinzip Energiezufuhr durch elektrisches Feld und ~ = Q (E ~ +~ ~ Ablenkung durch Magnetfeld F v × B) Leistungsmerkmale Beschleunigtes Objekt: Spannung: Auflösungsvermögen: Elektron 20 kV 10 000 fm Im Prinzip nicht schlecht, aber ein bißchen mehr sollte es schon sein! Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 6 Vom Hausbeschleuniger zum Kreisbeschleuniger Funktionsprinzip Energiezufuhr durch elektrisches Feld und ~ = Q (E ~ +~ ~ Ablenkung durch Magnetfeld F v × B) Leistungsmerkmale Beschleunigtes Objekt: Spannung: Auflösungsvermögen: Elektron 20 kV 10 000 fm Im Prinzip nicht schlecht, aber ein bißchen mehr sollte es schon sein! Ablenkung Beschleunigung Prinzipskizze Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 6 Die Welt der Beschleuniger C. Kiesling Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 7 Ein Beispiel - Der LEP (1989 - 2000† ) Beschleuniger Technische Daten Länge Gradient Energie Ne− 26.7 km 7.5 MV/m 104.5 GeV 1012 Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 8 Ein Beispiel - Der LEP (1989 - 2000† ) Beschleuniger »» Technische Daten Länge Gradient Energie Ne− » » »: » »» 26.7 km 7.5 MV/m 104.5 GeV 1012 Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 8 Ein Beispiel - Der LEP (1989 - 2000† ) Beschleuniger »» Technische Daten Länge Gradient Energie Ne− J J Q J Q J Q J Q J QQ s Q J J J ^ 26.7 km 7.5 MV/m 104.5 GeV 1012 Einblicke in die Elementarteilchenphysik » » »: » »» MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 8 Ein Beispiel - Der LEP (1989 - 2000† ) Beschleuniger »» Technische Daten Länge Gradient Energie Ne− 26.7 km 7.5 MV/m 104.5 GeV 1012 6 Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München » » »: » »» J J Q J Q J Q J Q J QQ s Q J J J ^ 11 September 2002 Richard Nisius Page 8 Ein Beispiel - Der LEP (1989 - 2000† ) Beschleuniger »» Technische Daten Länge Gradient Energie Ne− 26.7 km 7.5 MV/m 104.5 GeV 1012 6 » » »: » »» J J Q J Q J Q J Q J QQ s Q J J J ^ Der Weg ist manchmal ganz schön lang. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 8 Der Energiebegriff Energie hat viele Formen die ineinander umgewandelt werden können. Beispiele sind: − Die Bewegungsenergie (z.B. Wind zum Segeln). − Die Lage- oder potentielle Energie (z.B. Skilift). − Die Wärme (z.B. Aufheizen der Bremsscheiben beim Abbremsen). Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 9 Der Energiebegriff Energie hat viele Formen die ineinander umgewandelt werden können. Beispiele sind: − Die Bewegungsenergie (z.B. Wind zum Segeln). − Die Lage- oder potentielle Energie (z.B. Skilift). − Die Wärme (z.B. Aufheizen der Bremsscheiben beim Abbremsen). Eine im Alltag nicht so gebräuchliche Form der Energie ist die Masse. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 9 Der Energiebegriff Energie hat viele Formen die ineinander umgewandelt werden können. Beispiele sind: − Die Bewegungsenergie (z.B. Wind zum Segeln). − Die Lage- oder potentielle Energie (z.B. Skilift). − Die Wärme (z.B. Aufheizen der Bremsscheiben beim Abbremsen). Eine im Alltag nicht so gebräuchliche Form der Energie ist die Masse. E = mc2 m = Masse, c = Lichtgeschwindigkeit Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 9 Der Energiebegriff Energie hat viele Formen die ineinander umgewandelt werden können. Beispiele sind: − Die Bewegungsenergie (z.B. Wind zum Segeln). − Die Lage- oder potentielle Energie (z.B. Skilift). − Die Wärme (z.B. Aufheizen der Bremsscheiben beim Abbremsen). Eine im Alltag nicht so gebräuchliche Form der Energie ist die Masse. E = mc2 m = Masse, c = Lichtgeschwindigkeit Masse und Energie sind äquivalent (proportional)! Energie lässt sich in Teilchen-massen umwandeln und umgekehrt! Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 9 Der Energiebegriff Energie hat viele Formen die ineinander umgewandelt werden können. Beispiele sind: − Die Bewegungsenergie (z.B. Wind zum Segeln). − Die Lage- oder potentielle Energie (z.B. Skilift). − Die Wärme (z.B. Aufheizen der Bremsscheiben beim Abbremsen). Eine im Alltag nicht so gebräuchliche Form der Energie ist die Masse. E = mc2 m = Masse, c = Lichtgeschwindigkeit Masse und Energie sind äquivalent (proportional)! Energie lässt sich in Teilchen-massen umwandeln und umgekehrt! Massen von Teilchen werden in eV/c2 gemessen, z.B. me = 0.511 MeV/c2 und mp = 0.938 GeV/c2 Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 9 Sehen als Streuprozess Es gibt zwei Arten von Experimenten Einblicke in die Elementarteilchenphysik und MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 10 Sehen als Streuprozess Es gibt zwei Arten von Experimenten und Ein Colliding-Beam Detektor Viele Reaktionsprodukte mit unterschiedlichen Eigenschaften. ⇒ Zwiebelschalentechnik mit verschiedenen Schalen zur Impulsoder Energie-Messung von geladenen und neutralen Teilchen. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 10 Sehen als Streuprozess Es gibt zwei Arten von Experimenten und Ein Colliding-Beam Detektor Viele Reaktionsprodukte mit unterschiedlichen Eigenschaften. ⇒ Zwiebelschalentechnik mit verschiedenen Schalen zur Impulsoder Energie-Messung von geladenen und neutralen Teilchen. Das Prinzip bleibt gleich Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 10 Sehen als Streuprozess Es gibt zwei Arten von Experimenten und Ein Colliding-Beam Detektor Viele Reaktionsprodukte mit unterschiedlichen Eigenschaften. ⇒ Zwiebelschalentechnik mit verschiedenen Schalen zur Impulsoder Energie-Messung von geladenen und neutralen Teilchen. Das Prinzip bleibt gleich Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 10 Sehen als Streuprozess Es gibt zwei Arten von Experimenten und Ein Colliding-Beam Detektor Viele Reaktionsprodukte mit unterschiedlichen Eigenschaften. ⇒ Zwiebelschalentechnik mit verschiedenen Schalen zur Impulsoder Energie-Messung von geladenen und neutralen Teilchen. Das Prinzip bleibt gleich Erst die Rekonstruktion aller Reaktionsprodukte gibt Aufschluß über die Reaktion. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 10 Was haben wir herausgefunden Es war ein langer Weg von den vier Elementen... 400 v.Chr. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 11 Was haben wir herausgefunden Es war ein langer Weg von den vier Elementen... bis zum heutigen (2000++ ) Bild des... 400 v.Chr. Kochrezepts der Natur. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 11 Was haben wir herausgefunden Es war ein langer Weg von den vier Elementen... bis zum heutigen (2000++ ) Bild des... 400 v.Chr. Kochrezepts der Natur. Der Stand der Dinge Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 11 Was haben wir herausgefunden Es war ein langer Weg von den vier Elementen... bis zum heutigen (2000++ ) Bild des... 400 v.Chr. Kochrezepts der Natur. Der Stand der Dinge • Die letzten Bausteine wurden erst kürzlich nachgewiesen. Das top Quark (1994) und das Tau-Neutrino (2000), beide am Fermi Laboratory. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 11 Was haben wir herausgefunden Es war ein langer Weg von den vier Elementen... bis zum heutigen (2000++ ) Bild des... 400 v.Chr. Kochrezepts der Natur. Der Stand der Dinge • Die letzten Bausteine wurden erst kürzlich nachgewiesen. Das top Quark (1994) und das Tau-Neutrino (2000), beide am Fermi Laboratory. • Es gibt drei Familien von Leptonen und Quarks. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 11 Was haben wir herausgefunden Es war ein langer Weg von den vier Elementen... bis zum heutigen (2000++ ) Bild des... 400 v.Chr. Kochrezepts der Natur. Der Stand der Dinge • Die letzten Bausteine wurden erst kürzlich nachgewiesen. Das top Quark (1994) und das Tau-Neutrino (2000), beide am Fermi Laboratory. • Es gibt drei Familien von Leptonen und Quarks. • Quarks und Leptonen sind Fermionen (Spin = 1/2). Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 11 Was haben wir herausgefunden Es war ein langer Weg von den vier Elementen... bis zum heutigen (2000++ ) Bild des... 400 v.Chr. Kochrezepts der Natur. Der Stand der Dinge • Die letzten Bausteine wurden erst kürzlich nachgewiesen. Das top Quark (1994) und das Tau-Neutrino (2000), beide am Fermi Laboratory. • Es gibt drei Familien von Leptonen und Quarks. • Quarks und Leptonen sind Fermionen (Spin = 1/2). • Nur die erste Familie bildet stabile Materie. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 11 Was haben wir herausgefunden Es war ein langer Weg von den vier Elementen... bis zum heutigen (2000++ ) Bild des... 400 v.Chr. Kochrezepts der Natur. Der Stand der Dinge • Die letzten Bausteine wurden erst kürzlich nachgewiesen. Das top Quark (1994) und das Tau-Neutrino (2000), beide am Fermi Laboratory. • Es gibt drei Familien von Leptonen und Quarks. • Quarks und Leptonen sind Fermionen (Spin = 1/2). • Nur die erste Familie bildet stabile Materie. • Die Massen sind sehr verschieden und reichen von etwa 0 für Neutrinos bis 175 GeV (Atom mit A = 183) für das top Quark. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 11 Was haben wir herausgefunden Es war ein langer Weg von den vier Elementen... bis zum heutigen (2000++ ) Bild des... 400 v.Chr. Kochrezepts der Natur. Der Stand der Dinge • Die letzten Bausteine wurden erst kürzlich nachgewiesen. Das top Quark (1994) und das Tau-Neutrino (2000), beide am Fermi Laboratory. • Es gibt drei Familien von Leptonen und Quarks. • Quarks und Leptonen sind Fermionen (Spin = 1/2). • Nur die erste Familie bildet stabile Materie. • Die Massen sind sehr verschieden und reichen von etwa 0 für Neutrinos bis 175 GeV (Atom mit A = 183) für das top Quark. • Zu jedem dieser Teilchen gibt es ein Antiteilchen mit umgekehrten Ladungen aber sonst identischen Eigenschaften. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 11 Der Quark-Baukasten zur Konstruktion von Hadronen Welche Bausteine gibt es Quarks, q, kommen in drei Farben vor Rot, Grün oder Blau. Antiquarks, q̄, haben Antifarbe, Antirot (cyan), Antigrün (Magenta) oder Antiblau (gelb). Quarks haben eine elektrische Ladung von +2/3 (u,c,t) oder -1/3 (d,s,b) und Qq = −Qq̄ Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 12 Der Quark-Baukasten zur Konstruktion von Hadronen Welche Bausteine gibt es Quarks, q, kommen in drei Farben vor Rot, Grün oder Blau. Antiquarks, q̄, haben Antifarbe, Antirot (cyan), Antigrün (Magenta) oder Antiblau (gelb). Quarks haben eine elektrische Ladung von +2/3 (u,c,t) oder -1/3 (d,s,b) und Qq = −Qq̄ Die Bauregeln Es gibt nur farblose Teilchen (drei Farben oder Farbe-Antifarbe). Es gibt nur Teilchen mit ganzzahliger elektrischer Ladung. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 12 Der Quark-Baukasten zur Konstruktion von Hadronen Welche Bausteine gibt es Quarks, q, kommen in drei Farben vor Rot, Grün oder Blau. Antiquarks, q̄, haben Antifarbe, Antirot (cyan), Antigrün (Magenta) oder Antiblau (gelb). Quarks haben eine elektrische Ladung von +2/3 (u,c,t) oder -1/3 (d,s,b) und Qq = −Qq̄ Die Bauregeln Es gibt nur farblose Teilchen (drei Farben oder Farbe-Antifarbe). Es gibt nur Teilchen mit ganzzahliger elektrischer Ladung. Einfachste Gebilde p = uud und Einblicke in die Elementarteilchenphysik Q = +2/3 + 2/3 − 1/3 = 1. MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 12 Der Quark-Baukasten zur Konstruktion von Hadronen Welche Bausteine gibt es Quarks, q, kommen in drei Farben vor Rot, Grün oder Blau. Antiquarks, q̄, haben Antifarbe, Antirot (cyan), Antigrün (Magenta) oder Antiblau (gelb). Quarks haben eine elektrische Ladung von +2/3 (u,c,t) oder -1/3 (d,s,b) und Qq = −Qq̄ Die Bauregeln Es gibt nur farblose Teilchen (drei Farben oder Farbe-Antifarbe). Es gibt nur Teilchen mit ganzzahliger elektrischer Ladung. Einfachste Gebilde p = uud und Q = +2/3 + 2/3 − 1/3 = 1. π+ = ud̄ und Q = +2/3 + 1/3 = 1. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 12 Die fundamentalen Wechselwirkungen Wechselwirkung Beispiel Boson Masse [GeV/c2 ] Elektrische Ladung [e] rel. Stärke (Reichweite) Gravitation Erdanziehung Graviton 0 0 10−38 (∞) elektro magnetisch Coulomb Anziehung Photon γ 0 0 10−2 (∞) stark Quark Confinement Gluon g 0 0 1 (1 fm) schwach Neutron Zerfall Z W± 91.2 80.4 0 ±1 10−5 (10−3 fm) Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 13 Feynman Diagramme und die vier fundamentalen Vertizes Ort e− Zeit Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 14 Feynman Diagramme und die vier fundamentalen Vertizes Ort e+ e− Zeit Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 14 Feynman Diagramme und die vier fundamentalen Vertizes Paarvernichtung Ort e+ e− Z Zeit Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 14 Feynman Diagramme und die vier fundamentalen Vertizes Paarvernichtung und Paarerzeugung Ort e+ e− q̄ Z q Zeit e+ e− → qq̄ Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 14 Feynman Diagramme und die vier fundamentalen Vertizes Paarvernichtung und Paarerzeugung Ort Ort e+ e− q̄ Z q e− Zeit Zeit e+ e− → qq̄ Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 14 Feynman Diagramme und die vier fundamentalen Vertizes Paarvernichtung und Paarerzeugung Ort Emission Ort e+ q̄ γ e− Z q e− Zeit e− Zeit e+ e− → qq̄ Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 14 Feynman Diagramme und die vier fundamentalen Vertizes Paarvernichtung und Paarerzeugung Ort Emission und Absorption Ort e+ e+ e+ q̄ γ e− Z q e− e− Zeit Zeit e+ e− → qq̄ Einblicke in die Elementarteilchenphysik e+ e− → e+ e− MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 14 Feynman Diagramme und die vier fundamentalen Vertizes Paarvernichtung und Paarerzeugung Ort Emission und Absorption Ort e+ e+ e+ q̄ γ Z e− q e− e− Zeit Zeit e+ e− → qq̄ e+ e− → e+ e− Ein komplizierterer Fall e W+ + u d̄ νe µ− e− W− Einblicke in die Elementarteilchenphysik ν̄µ MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 14 Feynman Diagramme und die vier fundamentalen Vertizes Paarvernichtung und Paarerzeugung Ort Emission und Absorption Ort e+ e+ e+ q̄ γ Z e− q e− e− Zeit Zeit e+ e− → qq̄ e+ e− → e+ e− Ein komplizierterer Fall e W+ + Kraft \ Wer u µ Einblicke in die Elementarteilchenphysik νe,µ,τ q el.mag. − schwach − W− e µτ Gravitation d̄ νe e Ein Quiz: Wer darf wo mitspielen? ν̄µ stark MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 14 Feynman Diagramme und die vier fundamentalen Vertizes Paarvernichtung und Paarerzeugung Ort Emission und Absorption Ort e+ e+ e+ q̄ γ Z e− q e− e− Zeit Zeit e+ e− → qq̄ e+ e− → e+ e− Ein komplizierterer Fall e W+ + Kraft \ Wer u Gravitation µ Einblicke in die Elementarteilchenphysik νe,µ,τ q − schwach − W− e µτ √ el.mag. d̄ νe e Ein Quiz: Wer darf wo mitspielen? ν̄µ stark MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 14 Feynman Diagramme und die vier fundamentalen Vertizes Paarvernichtung und Paarerzeugung Ort Emission und Absorption Ort e+ e+ e+ q̄ γ Z e− q e− e− Zeit Zeit e+ e− → qq̄ e+ e− → e+ e− Ein komplizierterer Fall e W+ + νe Ein Quiz: Wer darf wo mitspielen? u Kraft \ Wer Gravitation e µτ √ d̄ el.mag. √ µ− Einblicke in die Elementarteilchenphysik q schwach e− W− νe,µ,τ ν̄µ stark MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 14 Feynman Diagramme und die vier fundamentalen Vertizes Paarvernichtung und Paarerzeugung Ort Emission und Absorption Ort e+ e+ e+ q̄ γ Z e− q e− e− Zeit Zeit e+ e− → qq̄ e+ e− → e+ e− Ein komplizierterer Fall e W+ + νe e Ein Quiz: Wer darf wo mitspielen? u Kraft \ Wer Gravitation e µτ √ d̄ el.mag. √ schwach √ µ− − W− Einblicke in die Elementarteilchenphysik ν̄µ νe,µ,τ q stark MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 14 Feynman Diagramme und die vier fundamentalen Vertizes Paarvernichtung und Paarerzeugung Ort Emission und Absorption Ort e+ e+ e+ q̄ γ Z e− q e− e− Zeit Zeit e+ e− → qq̄ e+ e− → e+ e− Ein komplizierterer Fall e W+ + νe e Ein Quiz: Wer darf wo mitspielen? u Kraft \ Wer Gravitation e µτ √ d̄ el.mag. √ schwach √ stark − µ− − W− Einblicke in die Elementarteilchenphysik ν̄µ MPI München 11 September 2002 νe,µ,τ Richard Nisius q Page 14 Feynman Diagramme und die vier fundamentalen Vertizes Paarvernichtung und Paarerzeugung Ort Emission und Absorption Ort e+ e+ e+ q̄ γ Z e− q e− e− Zeit Zeit e+ e− → qq̄ e+ e− → e+ e− Ein komplizierterer Fall e W+ + νe e Ein Quiz: Wer darf wo mitspielen? u Kraft \ Wer Gravitation e µτ √ d̄ el.mag. √ schwach √ stark − µ− − W− Einblicke in die Elementarteilchenphysik ν̄µ MPI München 11 September 2002 νe,µ,τ √ Richard Nisius q Page 14 Feynman Diagramme und die vier fundamentalen Vertizes Paarvernichtung und Paarerzeugung Ort Emission und Absorption Ort e+ e+ e+ q̄ γ Z e− q e− e− Zeit Zeit e+ e− → qq̄ e+ e− → e+ e− Ein komplizierterer Fall e W+ + νe e Ein Quiz: Wer darf wo mitspielen? u Kraft \ Wer Gravitation e µτ √ d̄ el.mag. √ schwach √ stark − µ − − W− Einblicke in die Elementarteilchenphysik ν̄µ MPI München 11 September 2002 νe,µ,τ √ q − Richard Nisius Page 14 Feynman Diagramme und die vier fundamentalen Vertizes Paarvernichtung und Paarerzeugung Ort Emission und Absorption Ort e+ e+ e+ q̄ γ Z e− q e− e− Zeit Zeit e+ e− → qq̄ e+ e− → e+ e− Ein komplizierterer Fall e W+ + νe e Ein Quiz: Wer darf wo mitspielen? u Kraft \ Wer Gravitation e µτ √ d̄ el.mag. √ schwach √ stark − µ − − W− Einblicke in die Elementarteilchenphysik ν̄µ MPI München 11 September 2002 νe,µ,τ √ q − √ Richard Nisius Page 14 Feynman Diagramme und die vier fundamentalen Vertizes Paarvernichtung und Paarerzeugung Ort Emission und Absorption Ort e+ e+ e+ q̄ γ Z e− q e− e− Zeit Zeit e+ e− → qq̄ e+ e− → e+ e− Ein komplizierterer Fall e W+ + νe e Ein Quiz: Wer darf wo mitspielen? u Kraft \ Wer Gravitation e µτ √ d̄ el.mag. √ schwach √ − √ stark − − µ − − W− Einblicke in die Elementarteilchenphysik ν̄µ MPI München 11 September 2002 νe,µ,τ √ Richard Nisius q Page 14 Feynman Diagramme und die vier fundamentalen Vertizes Paarvernichtung und Paarerzeugung Ort Emission und Absorption Ort e+ e+ e+ q̄ γ Z e− q e− e− Zeit Zeit e+ e− → qq̄ e+ e− → e+ e− Ein komplizierterer Fall e W+ + νe e Ein Quiz: Wer darf wo mitspielen? u Kraft \ Wer Gravitation e µτ √ d̄ el.mag. √ schwach √ − √ stark − − µ − − W− Einblicke in die Elementarteilchenphysik ν̄µ MPI München 11 September 2002 νe,µ,τ √ Richard Nisius q √ Page 14 Feynman Diagramme und die vier fundamentalen Vertizes Paarvernichtung und Paarerzeugung Ort Emission und Absorption Ort e+ e+ e+ q̄ γ Z e− q e− e− Zeit Zeit e+ e− → qq̄ e+ e− → e+ e− Ein komplizierterer Fall e W+ + νe e Ein Quiz: Wer darf wo mitspielen? u Kraft \ Wer Gravitation e µτ √ d̄ el.mag. √ schwach √ − √ stark − − µ− − W− Einblicke in die Elementarteilchenphysik ν̄µ MPI München 11 September 2002 νe,µ,τ √ Richard Nisius q √ √ Page 14 Feynman Diagramme und die vier fundamentalen Vertizes Paarvernichtung und Paarerzeugung Ort Emission und Absorption Ort e+ e+ e+ q̄ γ Z e− q e− e− Zeit Zeit e+ e− → qq̄ e+ e− → e+ e− Ein komplizierterer Fall e W+ + νe e Ein Quiz: Wer darf wo mitspielen? u Kraft \ Wer Gravitation e µτ √ d̄ el.mag. √ schwach √ − √ stark − − µ− − W− Einblicke in die Elementarteilchenphysik ν̄µ MPI München 11 September 2002 νe,µ,τ √ Richard Nisius q √ √ √ Page 14 Feynman Diagramme und die vier fundamentalen Vertizes Paarvernichtung und Paarerzeugung Ort Emission und Absorption Ort e+ e+ e+ q̄ γ Z e− q e− e− Zeit Zeit e+ e− → qq̄ e+ e− → e+ e− Ein komplizierterer Fall e W+ + νe e Ein Quiz: Wer darf wo mitspielen? u Kraft \ Wer Gravitation e µτ √ d̄ el.mag. √ schwach √ − √ stark − − µ− − W− Einblicke in die Elementarteilchenphysik ν̄µ MPI München 11 September 2002 νe,µ,τ √ Richard Nisius q √ √ √ √ Page 14 Die Gravitation - eine gute alte Bekannte Die Gravitation bestimmt die Umlaufbahnen. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 15 Die Gravitation - eine gute alte Bekannte Wir können sie berechnen und kleinere Ausflüge planen. Die Gravitation bestimmt die Umlaufbahnen. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 15 Die Gravitation - eine gute alte Bekannte Wir können sie berechnen und kleinere Ausflüge planen. Die Gravitation bestimmt die Umlaufbahnen. Sie hilft uns beim Gehen, mal mehr und mal weniger. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 15 Die Gravitation - eine gute alte Bekannte Die Gravitation bestimmt die Umlaufbahnen. Wir können sie berechnen und kleinere Ausflüge planen. Sie hilft uns beim Gehen, mal mehr und mal weniger. Sie ist aber auch verantwortlich für Unfälle. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 15 Die Gravitation - eine gute alte Bekannte Die Gravitation bestimmt die Umlaufbahnen. Wir können sie berechnen und kleinere Ausflüge planen. Sie hilft uns beim Gehen, mal mehr und mal weniger. Sie ist aber auch verantwortlich für Unfälle. Obwohl wir die Gravitation eigentlich ganz gut beherrschen, ist es uns nicht gelungen, sie in das Wechselwirkungsbild einzupassen. Das Graviton ist nicht gefunden! Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 15 Die elekromagnetische Wechselwirkung ist überall Mikroskopisch Im Atom, als Bindungskraft zwischen Kern und Elektronen... Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 16 Die elekromagnetische Wechselwirkung ist überall Mikroskopisch Im Atom, als Bindungskraft zwischen Kern und Elektronen... Einblicke in die Elementarteilchenphysik und bei den den Übergängen der Elektronen in der Hülle. MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 16 Die elekromagnetische Wechselwirkung ist überall Mikroskopisch Im Atom, als Bindungskraft zwischen Kern und Elektronen... und bei den den Übergängen der Elektronen in der Hülle. Makroskopisch Beim Lesen von ’s mit einem Laser. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 16 Die elekromagnetische Wechselwirkung ist überall Mikroskopisch Im Atom, als Bindungskraft zwischen Kern und Elektronen... und bei den den Übergängen der Elektronen in der Hülle. Makroskopisch Ein Elementar-Ereignis Beim Lesen von ’s mit einem Laser. γ e− Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 e− Richard Nisius Page 16 Die schwache Wechselwirkung Die Einblicke in die Elementarteilchenphysik ist zuständig für den MPI München . 11 September 2002 Richard Nisius Page 17 Die schwache Wechselwirkung Die ist zuständig für den . Das einfachste Beispiel ist der Neutron-Zerfall. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 17 Die schwache Wechselwirkung Die ist zuständig für den u d d . u d u W− Das einfachste Beispiel ist der Neutron-Zerfall. Einblicke in die Elementarteilchenphysik e− ν̄e MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 17 Die schwache Wechselwirkung Die ist zuständig für den u d d . u d u W− Das einfachste Beispiel ist der Neutron-Zerfall. e− ν̄e Das Umgekehrte p → n e+ νe ist auch möglich, z.B. bei Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Umwandlungen. Richard Nisius Page 17 Die schwache Wechselwirkung Die ist zuständig für den u d d . u d u W− Das einfachste Beispiel ist der Neutron-Zerfall. e− ν̄e Das Umgekehrte p → n e+ νe ist auch möglich, z.B. bei Umwandlungen. Zum Glück ist mn > mp (wenn auch nur um 1.3 MeV) and damit das Proton stabil! Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 17 Die Starke Wechselwirkung Die ist zuständig für den Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München zwischen den Quarks. 11 September 2002 Richard Nisius Page 18 Die Starke Wechselwirkung Die ist zuständig für den zwischen den Quarks. Das Proton wird zu einem recht komplexen Gebilde. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 18 Die Starke Wechselwirkung Die ist zuständig für den Das Proton wird zu einem recht komplexen Gebilde. Einblicke in die Elementarteilchenphysik zwischen den Quarks. Die Kraft steigt mit dem Abstand (wie beim Gummiband) und die Quarks bleiben eingesperrt. MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 18 Die Starke Wechselwirkung Die ist zuständig für den Das Proton wird zu einem recht komplexen Gebilde. zwischen den Quarks. Die Kraft steigt mit dem Abstand (wie beim Gummiband) und die Quarks bleiben eingesperrt. Wenn der Abstand zu groß wird, reicht die Energie um neue Quarks zu erzeugen. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 18 Das Bauprinzip von Teilchen-Detektoren Mit dem Zwiebelschalenprinzip ... Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 19 Das Bauprinzip von Teilchen-Detektoren Mit dem Zwiebelschalenprinzip ... Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München ... kriegen wir euch (fast) alle 11 September 2002 Richard Nisius Page 19 Das Bauprinzip von Teilchen-Detektoren Mit dem Zwiebelschalenprinzip ... ... kriegen wir euch (fast) alle Elektromagnetisches Kalorimeter (e, γ ) • Aufschauern im Absorber (z.B. Bleiplatten). • Messen im Detektormaterial (z.B. Licht in einem Szintillator). Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 19 Das Bauprinzip von Teilchen-Detektoren und ein Beispiel Mit dem Zwiebelschalenprinzip ... ... kriegen wir euch (fast) alle Elektromagnetisches Kalorimeter (e, γ ) • Aufschauern im Absorber (z.B. Bleiplatten). • Messen im Detektormaterial (z.B. Licht in einem Szintillator). • Die Lichtmenge gibt dann Aufschluß über die Teilchenenergie. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 19 Das Higgs-Boson - ein Konzept zur Massenerzeugung Die Vermutung (1965) • Massen werden durch Wechselwirkungen mit einem Hintergrundfeld, dem Higgs-Feld erzeugt. • Je stärker die Kopplung um so größer die Masse. • Das Higgs-Boson ist eine Fluktuation des Higgsfeldes. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 20 Das Higgs-Boson - ein Konzept zur Massenerzeugung Die Vermutung (1965) Der Vater des Gedankens • Massen werden durch Wechselwirkungen mit einem Hintergrundfeld, dem Higgs-Feld erzeugt. • Je stärker die Kopplung um so größer die Masse. • Das Higgs-Boson ist eine Fluktuation des Higgsfeldes. Peter Higgs Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 20 Das Higgs-Boson - ein Konzept zur Massenerzeugung Die Vermutung (1965) Der Vater des Gedankens • Massen werden durch Wechselwirkungen mit einem Hintergrundfeld, dem Higgs-Feld erzeugt. • Je stärker die Kopplung um so größer die Masse. • Das Higgs-Boson ist eine Fluktuation des Higgsfeldes. Higgs Suche bei LEP eine Evidenz ? Z e e Peter Higgs Z H Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 20 Das Higgs-Boson - ein Konzept zur Massenerzeugung Die Vermutung (1965) Der Vater des Gedankens • Massen werden durch Wechselwirkungen mit einem Hintergrundfeld, dem Higgs-Feld erzeugt. • Je stärker die Kopplung um so größer die Masse. • Das Higgs-Boson ist eine Fluktuation des Higgsfeldes. Higgs Suche bei LEP eine Evidenz ? Z e e Peter Higgs Z H Ein paar Ereignisse sind nicht genug. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 20 Das Higgs-Boson - ein Konzept zur Massenerzeugung Die Vermutung (1965) Der Vater des Gedankens • Massen werden durch Wechselwirkungen mit einem Hintergrundfeld, dem Higgs-Feld erzeugt. • Je stärker die Kopplung um so größer die Masse. • Das Higgs-Boson ist eine Fluktuation des Higgsfeldes. Higgs Suche bei LEP eine Evidenz ? Peter Higgs Die Higgs Suche am LHC g t H Produktion: g Z e e Z X = qW Z `γ Zerfall: H H Ein paar Ereignisse sind nicht genug. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 X = qW Z `γ Richard Nisius Page 20 Der LHC - ein Proton-Proton Beschleuniger (2007++ ) Technische Daten L = 26.7 km Ep = 7 TeV Np = 1.1 · 1011 / Strahl Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 21 Der LHC - ein Proton-Proton Beschleuniger (2007++ ) Alice Technische Daten Schwere Kerne Einblicke in die Elementarteilchenphysik L = 26.7 km Ep = 7 TeV Np = 1.1 · 1011 / Strahl MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 21 Der LHC - ein Proton-Proton Beschleuniger (2007++ ) Alice Technische Daten Schwere Kerne L = 26.7 km Ep = 7 TeV Np = 1.1 · 1011 / Strahl LHC-B Materie ↔ Antimaterie Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 21 Der LHC - ein Proton-Proton Beschleuniger (2007++ ) Alice Technische Daten Schwere Kerne L = 26.7 km Ep = 7 TeV Np = 1.1 · 1011 / Strahl LHC-B Materie ↔ Antimaterie ATLAS / CMS Higgs Produktion Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 21 Der LHC - ein Proton-Proton Beschleuniger (2007++ ) Alice Technische Daten Schwere Kerne L = 26.7 km Ep = 7 TeV Np = 1.1 · 1011 / Strahl LHC-B Materie ↔ Antimaterie ATLAS / CMS Higgs Produktion Länge Gewicht B-Feld Temperatur Strom Energie Das Herzstück des LHC die supraleitenden Magnete Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 15 m 23.8 t 8.3 T 1.9 K 12000 A 7.1 MJ Richard Nisius Page 21 Der ATLAS Detektor Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 22 Der ATLAS Detektor ¾ 46 m 6 22 m ? Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 22 Der ATLAS Detektor Monitored Drift Tubes (MDT) MPI Beteiligungen ¾ 46 m ? 6 22 m ? ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ µ ¡ ¡ Semi Conductor Tracker (SCT) Einblicke in die Elementarteilchenphysik @ I @ @ @ @ @ @ @ @ Hadron End Cap (HEC) MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 22 Bau einer MDT Kammer Beim Bau gibt es einiges zu tun • 432 Rohre a 3.8 m Länge montieren. • Die Präzision: 20 µm (Haardicke). • 1728 (dichte!) Gasverbindungen. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 23 Bau einer MDT Kammer Beim Bau gibt es einiges zu tun • 432 Rohre a 3.8 m Länge montieren. • Die Präzision: 20 µm (Haardicke). • 1728 (dichte!) Gasverbindungen. • Eine Kammer wiegt ca. 350 kg. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 23 Bau einer MDT Kammer Beim Bau gibt es einiges zu tun • 432 Rohre a 3.8 m Länge montieren. • Die Präzision: 20 µm (Haardicke). • 1728 (dichte!) Gasverbindungen. • Eine Kammer wiegt ca. 350 kg. Sehr präzise Werkzeuge werden benötigt. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 23 Massenproduktion der Kammern Es gibt jede Menge Kammern • Für ATLAS werden 1200 MDT Kammern an 13 Instituten produziert. • Das MPI baut davon 88 Stück. • Das macht für uns 36016 Rohre und 152064 Gasverbindungen. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 24 Massenproduktion der Kammern Es gibt jede Menge Kammern • Für ATLAS werden 1200 MDT Kammern an 13 Instituten produziert. • Das MPI baut davon 88 Stück. • Das macht für uns 36016 Rohre und 152064 Gasverbindungen. Eine komplexe Logistik ist nötig • Die Kammern müssen getestet und sicher gelagert werden. Zum Glück liegt München nicht an der Elbe. • Der Transport muß sicher sein. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 24 Massenproduktion der Kammern Es gibt jede Menge Kammern • Für ATLAS werden 1200 MDT Kammern an 13 Instituten produziert. • Das MPI baut davon 88 Stück. • Das macht für uns 36016 Rohre und 152064 Gasverbindungen. Eine komplexe Logistik ist nötig • Die Kammern müssen getestet und sicher gelagert werden. Zum Glück liegt München nicht an der Elbe. • Der Transport muß sicher sein. Die Produktion dauert ca. 6 Jahre. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 24 Der innere Spurdetektor von ATLAS Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 25 Der innere Spurdetektor von ATLAS 7 m»»» » »» 9 » » »» » » »» » » : » » AK 2.3 mA A AU Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 25 Der innere Spurdetektor von ATLAS 7 m»»» » »» 9 » » »» » » »» » » : » » Die Silizium Detektoren Der Pixel Detektor • Radius 4.8 − 16 cm • 3 Lagen, 8 Scheiben • 1.4 · 108 Auslesekanäle AK 2.3 mA A AU Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 25 Der innere Spurdetektor von ATLAS 7 m»»» » »» 9 » » »» » » »» » » : » » Der Pixel Detektor • Radius 4.8 − 16 cm • 3 Lagen, 8 Scheiben • 1.4 · 108 Auslesekanäle Der SemiConductor Tracker • Radius 27 − 52 cm • 4 Lagen, 18 Scheiben • 6.3 · 106 Auslesekanäle • 4088 Module, 61 m2 Silizium AK 2.3 mA A AU Einblicke in die Elementarteilchenphysik Die Silizium Detektoren MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 25 Der innere Spurdetektor von ATLAS 7 m»»» » »» 9 » » »» » » »» » » : » » Der Pixel Detektor • Radius 4.8 − 16 cm • 3 Lagen, 8 Scheiben • 1.4 · 108 Auslesekanäle Der SemiConductor Tracker • Radius 27 − 52 cm • 4 Lagen, 18 Scheiben • 6.3 · 106 Auslesekanäle • 4088 Module, 61 m2 Silizium AK 2.3 mA Die Silizium Detektoren A AU Das MPI baut 400 Module des SCT Vorwärtsbereichs. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 25 Vom Modell Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 26 Vom Modell zur Realisation Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 26 Vom Modell zur Realisation ist Die wichtigsten Dinge sind − ein Roboter zum Ausrichten der Detektoren mit einer Genauigkeit von besser als 5 µm, Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 26 Vom Modell zur Realisation ist ein langer Die wichtigsten Dinge sind − ein Roboter zum Ausrichten der Detektoren mit einer Genauigkeit von besser als 5 µm, − ein Kleberoboter, Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 26 Vom Modell zur Realisation ist ein langer Weg Die wichtigsten Dinge sind − ein Roboter zum Ausrichten der Detektoren mit einer Genauigkeit von besser als 5 µm, − ein Kleberoboter, − und viel Ruhe und Geduld, Bauzeit: 1 Tag/Modul. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 26 Warum es auch in Zukunft spannend bleibt Wir suchen immer noch nach Antworten auf eine Reihe von Fragen. − Sind Quarks und Leptonen wirklich elementar, oder haben sie Sub-Struktur? − Warum haben die Teilchen so verschiedene Massen? − Gibt es das Higgs Teilchen wirklich? Wenn nicht, was sonst ist zuständig für die Massenerzeugung? − Ist die Supersymmetrie in der Natur verwirklicht? − Woraus besteht die Dunkle Materie? − Was erklärt das Fehlen der Antimaterie im Universum? − Wie passt die Gravitation in unser Wechselwirkungsbild? − ... Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 27 Warum es auch in Zukunft spannend bleibt Wir suchen immer noch nach Antworten auf eine Reihe von Fragen. − Sind Quarks und Leptonen wirklich elementar, oder haben sie Sub-Struktur? − Warum haben die Teilchen so verschiedene Massen? − Gibt es das Higgs Teilchen wirklich? Wenn nicht, was sonst ist zuständig für die Massenerzeugung? − Ist die Supersymmetrie in der Natur verwirklicht? − Woraus besteht die Dunkle Materie? − Was erklärt das Fehlen der Antimaterie im Universum? − Wie passt die Gravitation in unser Wechselwirkungsbild? − ... Es gibt viel zu entdecken - Schaun mer mal Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 27 Reflektionen am Ende einer kurzen Reise Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 28 Reflektionen am Ende einer kurzen Reise Vor der Reise? Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 28 Reflektionen am Ende einer kurzen Reise Vor der Reise? Tag der offenen Tür 2003 im Ernestinum! Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 28 Reflektionen am Ende einer kurzen Reise Vor der Reise? TH E EN D Tag der offenen Tür 2003 im Ernestinum! Ich hoffe Sie hatten ein wenig Spaß und Gute Heimfahrt. Einblicke in die Elementarteilchenphysik MPI München 11 September 2002 Richard Nisius Page 28