Warum benötigen wir immer grössere Beschleuniger?

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Warum benötigen wir immer
grössere Beschleuniger
(wie den Large Hadron
Collider LHC bei CERN/Genf)?
Amand Fäßler,
Tübingen
Das Auge
120 Millionen Stäbchen für hell-dunkel
Farbsehen durch 6 Millionen von Zapfen
Normalsichtig
Auflösungsvermögen: Bei Abstand 1 Meter bei
gesundem Auge etwa 0,5 bis Millimeter.
Dichte der Zäpfchen
und Stäbchen.
Fäßler, Tübingen
Einfachstes Lichtmikroskop
Wir haben aber keine Linsen für
dieses hochenergetische Licht !
Auflösung immer im Bereich der Wellenlänge: l
Sichtbares Licht : l ~ 500 nm = 0,5 Mikrometer.
Wir brauchen „Licht“ mit kürzerer Wellenlänge.
Röntgen: 10 keV  0,1 Nanometer
Fäßler, Tübingen
g-Strahlen: 1 MeV =1000
keV  0,001Nanometer
Teilchen-Welle-Dualismus
Licht
Experiment zum ersten Mal mit
Elektronen in Doktorarbeit
Fäßler, Tübingen
von Jönsson in Tübingen
Elektronen
Elektronenmikroskop
• Elektronen haben eine deBroglie-Wellenlänge:
• Ee = 10 keV  l = 0,1 nm = 10-10 m; beste
erreichte Auflösung ~ 0,1 nm
• Atom: 10-8 cm = 0,1 nm
Man kann fast einzelne Atome sehen.
Was sind die Linsen für das Elektronenmikoskop?
Elektronen haben Ladung.
Man kann sie mit elektrischen (Spannung) und
magnetischen Feldern manipulieren.
Fäßler, Tübingen
Elektrische und Manetische Linsen für
das Elektronenmikroskop (keV bis MeV)
Schematische Strahlführung
und elektrostatische Linse
Magnetische Linse
Will man noch kleinere Objekte sehen
wie Atomkerne, Protonen, Elektronen,
Quarks, benötigt man kleinere Wellenlängen
und noch höhere Energien.
Auflösung ~ Wellenlänge l ~ (1240/Energie[MeV])x10-15 Meter
Atomkern: Durchmesser D ~ 20x10-15 Meter E = 600 MeV
Proton/Neutron: D = 2x10-15 m  E = 10 000 MeV = 10 GeV
Quarks+Elektronen: D ~ 10-17 Meter  1000 GeV = 1 TeV
Fäßler, Tübingen
Fäßler, Tübingen
Neue Physik  schwerere Teilchen
Vektorbosonen (E = mc2 = 80 GeV) Träger der Schwachen
Kraft (Betazerfall nach Tschernobyl; Spaltung von:
235 Uran
92
143 ; 92 Protonen u. 143 Neutronen):
Neutron  Proton + Elektron + Neutrino
Higgs-Boson: Gibt den Teilchen die Masse 120 GeV bis
1000 GeV = 1 TeV; Entdeckung am Large-Hadron-Collider?
Supersymmetrische (SUSY) Teilchen: 120 bis 1000GeV =
1 TeV; erlaubt Elektromagnetische Kraft, Schwache
Kraft und Kernkraft als eine Kraft zu verstehen.
„Grosse Vereinheitlichte Theorie“; Test am LHC ?
Fäßler, Tübingen
Entdeckung des Vektorbosons, dem Träger der
Schwachen Kraft durch Rubbia 1982/83 am CERN
Neutron  Proton + Elektron + Neutrino
Kurze Notation: n  p + e + n
Neutron
Proton
Elektron
Neutrino
Neutron
Vektorboson
Wahrscheinlichkeit mit Energie
gegen Unendlich
Proton
Elektron
Neutrino
Beschreibt
Daten auch
bei höchsten
Energien.
Proton 270 GeV-Antiproton 270 GeV-Kollision
Proton
Antiproton
Vektorboson 80 GeV
Elektron
Neutrino
Fäßler, Tübingen
Fäßler, Tübingen
Der „Large Hadron Collider“ bei Genf ist
ein Ringbeschleuniger von 27 km Länge
mit einer Kollisionsenergie von Proton auf
Proton von 7+7 = 14 [TeV] = 14*1012 [eV].
Größter Beschleuniger der Welt 2008/2009
7 TeV Protonen
270 GeV Protonen
7 TeV Protonen
270 GeV Antiprotonen
Amand Fassler, Tübingen
Fäßler, Tübingen
Prinzip der Beschleunigung
im elektrischen Feld
Fäßler, Tübingen
Resonator:
Elektrisches
Feld
schwingt, so
dass es
immer das
geladene
Teilchen
beschleunigt,
wenn es
durch fliegt
Fäßler, Tübingen
Strahlführung bei der GSI in Darmstadt:
gelb Quadrupolmagnete zur Fokusierung
und rot Dipolmagnete zur Ablenkung
Fäßler, Tübingen
Blau: Supraleitende Dipolmagnete zum Ablenken des
Fäßler, Tübingen
Protonenstrahls im LHC auf
die 27 km lange Kreisbahn.
Fäßler, Tübingen
Fäßler, Tübingen
Fäßler, Tübingen
Unfall am 19. September 2008: Bei einer schlechten
Verbindung erwärmt sich durch den Strom und
Widerstand das Teil und schmilzt. Flüssiges Helium
wird explosionsartig frei ( Ausdehnung: 1 : 700).
Herbst 2009.
Herbst 2009.
Fäßler, Tübingen
Fäßler, Tübingen
Fäßler, Tübingen
Fäßler, Tübingen
Fäßler, Tübingen
Proton-Proton-Kollision bei 7 TeV + 7 TeV =
14 TeV am LHC in einem Detektor
mit Magnetfeld (Simulation)
ENDE
Fäßler, Tübingen
Fäßler, Tübingen
Teil der 27 km langen Strahlführung
und Beschleunigungsstrecke des
„Large Hadron Colliders“.
Amand Fassler, Tübingen
Fäßler, Tübingen
Wir wollen mit dem LHC die Physik jenseits des
Standard-Modells untersuchen.
Können wir unseren Kopf durch die
Kristallsphäre des Aristoteles strecken?
Amand Fassler, Tübingen
Entwicklung unseres Universums
vom Urknall bis heute.
Fäßler, Tübingen
Warum so hohe Energien? Wir können die
Naturgesetze näher am Urknall testen.
10-11 Sek.
SPS 10-10 Sek.
10-12 Sek.
10-12 Sekunden nach Urknall und
1015 Grad Celsius. Neue Physik ?
Amand Fassler, Tübingen
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