University of Hamburg Institute for Experimental Physics
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Von Quanten, Quarks und der spanischen Königin Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Ein Ausflug an die Grenzen der Physik Peter Schleper Hamburg, 4.4.2005 Quantenphysik: kleinste Bausteine der Natur Periodensystem der Elemente Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Teilchenphysik: Quarks und Elektronen fundamental und unteilbar In Hamburg: Institut für Experimentalphysik + DESY: Deutsches Elektronen Synchrotron Materie und Antimaterie Relativität und Quantentheorie Albert Einstein 1905: Spezielle Relativitätstheorie: Masse ist eine Form von Energie • Aus Energie können neue Teilchen mit Masse erzeugt werden Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Paul Dirac 1928 : Relativitätstheorie + Quantentheorie Vorhersage der Antimaterie Elektron: Ladung = - 1 Positron: Ladung = +1 Mathematische Strukturen Vorhersage der Eigenschaften der Natur Entdeckung der Antimaterie Höhenstrahlung Photo einer Teilchenreaktion Blasenkammer 1933 Ursprung der Höhenstrahlung ? Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Teilchen-Erzeugung Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Teilchen-Beschleuniger Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 E= mc2 viel Energie um neue Teilchen zu entdecken • Chemische Bindung ~ 1 eV DESY Gelände in HH-Bahrenfeld • Masse Proton: 1 GeV HERA: 6,7 km Tunnel, 1 Mrd Euro • Masse top Quark: 175 GeV Beschleuniger: • HERA: 320 GeV • Large Hadron Collider: 14000 GeV Proton • International Linear Collider: ~0,8 TeV Elektron • Kosmos: Teilchenrate zu (?) gering • e+e- Beschleuniger: Präzision Vorhersagen • pp Beschleuniger: Energie groß Entdeckungen HERA: Starke Kraft der Quarks Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 ZEUS-Experiment Elektron e+ p Quark - Jet Das Standard-Modell: Teilchen und Kräfte Materie-Teilchen: 1. Generation Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Entdeckungen 2. Generation: Myon, Strange Quark Vorhersage: Neutrino,Charm 3. Generation: Tau, Bottom Vorhersage: Neutrino, Top …wegen Symmetrie zur 1.Generation Naturkräfte: 1. Elektromagnet.: Photon 2. Schwache Kraft: W,Z (CERN) 3. Starke Kraft: Gluon (DESY) 4. Gravitation: ? 23 Nobelpreise seit 1967 Theorien der Physik Warum diese Teilchen ? Warum diese Massen, Ladungen ? Gelten die Naturgesetze überall und immer ? Warum ist die Natur so, wie sie ist ? Sind die Naturgesetze Vollständig ? Weltformel ? Matemathische Widersprüche bei Energie ~ 1000 GeV Higgs Teilchen, Supersymmetrie vorhergesagt, bisher nicht gefunden Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Extrapolation der Naturgesetze Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Kosmologie und Teilchenphysik Dunkle Materie im Kosmos Aus Beobachtung der Rotation von Galaxien und weit entfernter Supernova-Explosionen Dunkle Energie (Kosmologische Konstante) Normale Materie (davon nur ca. 10% leuchtend) Dunkle Materie Neutrinos min. 0.1% max. 6% Unbekannte Form der Materie: Photino ??? Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 LHC: der Large Hadron Collider CERN: Europäisches Zentrum für Teilchenphysik in Genf Proton-Proton Kollisionen bei 14000 GeV Faktor 1000 mehr Kollisionen als bisher 27 km Tunnel Start: 2007 Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 CMS Detektor • 1950 Physiker aus 39 Ländern • 10 Jahre Bauzeit • 400 MEuro • 2000 GByte Daten / Jahr CMS: 50 Mill. elektron. Kanäle 214 m2 Fläche Silizium-Wafer ZEUS: 2,5 m2 Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Im Vergleich: ZEUS Moderne Detektoren Präzision durch Halbleiter-Technologie Diode in Sperrichtung: Strom nur bei Ionisation durch Teilchen • Auflösung (Ort): 10 mm • Impulsmessung im Magnetfeld: bis ca 1012 eV Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Teil eines Si-Wafers Teilchen-Rekonstruktion Institut für Exp. Physik Supersymmetrie am LHC Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Simulation Supersymmetrischer Ereignisse bei LHC Supersymmetrie kann mit grosser Wahrscheinlichkeit gefunden werden Higgs bei LHC Gluonen aus Protonen: gg H Higgs Entdeckung unvermeidbar (falls es existiert) Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 International Linear e+e- Collider Weltweite Übereinstimmung aller Teilchenphysiker: ILC ist nächstes Großprojekt Konkurrenz: Japan, USA, Deutschland (DESY: TESLA) DESY Technology: Supraleitende Kavitäten DESY: Beschleunigungsrekord 35000000 Volt / m 33 km langer Tunnel im Norden von Hamburg Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 e+e- Linear Collider Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Stand des Projekts: DESY Vorschlag 2000 Japan, USA: 2004 Weltweite Einigung auf: DESY Supraleitungs-Technologie Einmaliges Zeugnis für deutsche Hochtechnologie ! Vorteile: •Sehr einfache Messungen •Große Genauigkeit •Extrapolation zu großen Energien EU, USA, Japan, … OECD Ministerrat, UN Science Forum Physiker warten auf politische Entscheidung….. …besonders auch in Hamburg Stand der Physik Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Ein Zitat: …it seems probable that most of the grand underlying principles of Physical Science have been firmly established and that further advances are to be sought chiefly in the rigorous applications of these principles to all the phenomena which come under our notice. … An eminent physicist has remarked that the future truths of Physical Science are to be looked for in the sixth place of decimals. Aus: Physics Curriculum Uni. Chicago, 1898-99 Kurz danach: Röntgen Strahlung, Entdeckung des Elektrons, Atom = Kern+Hülle, Relativitätstheorie, Quantenmechanik Bald: Higgs, SUSY Forschungsförderung am Beispiel: Terra incognita Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 •Fundamentale neue Theorie •Plan für ein Experiment •Verspricht Geldgebern großen praktischen Nutzen Internationale Zusammenarbeit 3-fach redundantes Experiment Nicht wie erwartet, dennoch großer Erfolg. Zusammenfassung: Teilchenphysik Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Higgs Supersymmetry Extra Dimensionen Schwarze Loecher Nutzen: Supraleitungs-Technologie (DESY) world wide web (CERN !) world wide grid Grundlagenforschung ist Teil unserer kulturellen und wirtschaftlichen Identität
