Eröffnungsvortrag zur Wanderausstellung „Eine Reise zum

Das Geheimnis
der
Elementarteilchen
Eröffnungsvortrag zur Wanderausstellung
„Eine Reise zum Urknall“
Das Geheimnis der
Elementarteilchen
Laurenz Widhalm, HEPHY
BRG/BORG
St. Pölten
Urknall – Weg zurück in die Zeit
ca. 14 000 000 000 Jahre
Das Geheimnis der
Elementarteilchen
Laurenz Widhalm, HEPHY
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Mini-Urknälle passieren jeden Tag!
10. September 2008, vormittags
JETZT!
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Teilchenschauer – es regnet Teilchen!
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Wir machen kosmische Strahlung
sichtbar!
Funkenkammer
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Teilchenbeschleuniger
Kreisbeschleuniger
LHCFilmclip
(Accelerator)
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Detektoren
ATLAS
CMS
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Teilchenspuren - ein Detektivspiel...
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Welche Teilchen und Kräfte gibt es?
Leptonen
Ladung
Quarks
stark
Wechselwirkungen
0
νe
νµ
ντ
+2/3
u
c
t
g
Starke Kraft
-1
e
µ
τ
-1/3
d
s
b
γ
Elektromagn. Kraft
W, Z
q
u
q
u
u
d
q
d
d
q
q
u
d
0
Proton
Neutron
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Schwerkraft
schwach
+1
+1/3
?
Schwache Kraft
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Welche Teilchen und Kräfte gibt es?
Anti-Teilchen
Ladung
stark
Wechselwirkungen
0
νe
νµ
ντ
-2/3
u
c
t
g
Starke Kraft
+1
e
µ
τ
+1/3
d
s
b
γ
Elektromagn. Kraft
W, Z
Schwache Kraft
u
?
d
Schwerkraft
schwach
+1
Pion (π)
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Welche Teilchen und Kräfte gibt es?
u
u
u
u
u
s
d
∆++
d
s
Κ−
d
d
c
π0
b
u
D+
s
u
Σ
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Λ0
+
b
ϒ
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Welche Teilchen und Kräfte gibt es?
Mesonen
Baryonen
π+
Κ−
D+
ϒ
d
u
d
b
u
s
c
b
u
d
u
u
d
u
Proton
d
u
Neutron
u
u
∆++
d
...
s
...
Λ0
Atom
Atomkern
He-Kern
Materie
(α-Teilchen)
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Das Higgs-Teilchen
• Masse entsteht erst durch die
Wechselwirkung mit einem
(hypothetischen) Higgs-Feld
• Durch spontane Symmetriebrechung ist das
gesamte Universum von diesem Higgs-Feld
durchdrungen
• „Schwingungen“ in diesem Higgs-Feld
erscheinen als Higgs-Teilchen, deren
Nachweis erstmals am LHC / CERN gelingen
könnte
Higgs Cartoon
(inspired by Prof. Miller / University College London)
heißes Universum
(kurz nach Urknall)
Energie
0
Higgsfeld
Teilchen sind masselos
kaltes Universum
(kondensiert in einen
asymmetrischen Zustand
mit Higgsfeld)
Teilchen haben
nun Masse
v
Spontane Symmetriebrechung
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Supersymmetrie
Bosonen
Fermionen
zu jedem derzeit bekannten
Elementarteilchen
ein supersymmetrisches
Partnerteilchen
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Einige ‘heiße’ Fragen der Teilchenphysik
(die zur Zeit experimentell untersucht werden)
• Wie bekommen die Teilchen eine Masse?
(durch Wechselwirkung mit dem Higgs-Teilchen?)
• Warum sind diese Massen so unterschiedlich?
• Gibt es eine allumfassende (verborgene) Symmetrie wie Supersymmetrie
(SUSY)  ’Spiegelwelt’ zu den bekannten Teilchen.
• Welcher Natur sind die ‘Dunkle Materie’ und ‘Dunkle Energie’ des Universums?
• Warum gibt es mehr Materie als Antimaterie?
• Warum haben Neutrinos eine so kleine Masse?
• Gibt es eine Vereinigung aller Kräfte (‘Grand Unification’), einschließlich der
Gravitation?
• Gibt es noch weitere Dimensionen, D > 4 ? ( Stringtheorie, …)
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Vielleicht gibt
der LHC bald
Antworten...
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