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
