ν - CERN Indico

Werbung
Kinetische
Gastheorie
Boltzmann
Elektromagnetismus
Maxwell
Teilchen
1895
e-
Brownsche
Bewegung
1900
1905
Universum
Felder
Elektromagnetismus
Schwache
WW
Starke
WW
Beschleuniger
Radioaktivität
Photon
n
e+
Geiger
Höhenstrahlung
Quantenmechanik
Welle-Teilchen Dualismus
Spin/Fermion-Boson
p+
1930
Fermi
Theorie
Antimaterie
μ-
Yukawa
π Austausch
1940
Allgemeine
Relativität
Wolken
Galaxien;
Ausdehnung des
Universums
Zyklotron
Dunkle Materie
Kernfusion
π
τνe
Teilchenzoo
νμ
Higgs
1970
τ-
1980
d
s
c
STANDARD MODEL
b
Big Bang
Nukleosynthese
W Bosons
Kosmische
Hintergrundstrahlung
EW Vereinigung
GUT
3
SUSY
Superstrings
g
Z
3 Teilchenfamilien
Blasenkammer
e+e- Ring
Vieldrahtkammer
Strahlkühlung
QCD
Farbladung
W
1990
Synchrotron
P, C, CP
Verletzung
QED
p-
u
1975
Detektor
Spezielle
Relativität
Kern
1920
1960
Technologien
Atom
1910
1950
Newton
Prozessrechner
p+p- Ring
Inflation
Inhomogenität der
Hintergrundstrahlung(C
OBE, WMAP)
Moderne
Detektoren
WWW
t
2000
2010
ντ
ν Masse
Dunkle Energie
GRID
Leptons
TEILCHENSPEKTRUM
1975
Gerade war das Standard-Modell mit zwei Familien von
Leptonen und Quarks etabliert ...
...da fand man am SLAC ein drittes Lepton!
Ein neues ‘schweres Elektron’ mit M= 3500 me
... und wer hatte das bestellt?
MIT DER NEUEN LOGIK DER LEPTON-QUARK
SYMMETRIE
ein weiteres Neutrino (the ‘tau neutrino’),
und zwei weitere Quarks (‘top’ and ‘bottom’).
Marty Perl's Logbook
TEILCHENSPEKTRUM
Quarks
1975
Die Suche nach den fehlenden Familienmitgliedern begann ...
new
u
c
t
e-
µ-
τ-
d
s
b
νe
νμ
νt
Quarks
Leptons
Quarks
TEILCHENSPEKTRUM
1977
Entdeckung des ‘Bottom’ Quark (Fermilab)
u
c
t
e-
µ-
τ-
d
s
b
νe
νμ
νt
Quarks
Leptons
1977 entdeckten Physiker am Fermilab (nahe Chicago) ein neues Meson (genannt ‘Upsilon’)
Seine Eigenschaften passten auf den ‘Steckbrief’ eines Mesons, das aus einem bottom/anti-bottom Quark Paar bestand.
Daraus folgte dass das Bottom quark die elektrische Ladung -1/3 und eine Masse von ca. 5 GeV hatte.
Quarks
TEILCHENSPEKTRUM
Entdeckung des ‘Top’ Quark (Fermilab)
1995
u
c
t
d
s
b
Quarks
Kinetische
Gastheorie
Boltzmann
Elektromagnetismus
Maxwell
Teilchen
1895
e-
Brownsche
Bewegung
1900
1905
Detektor
Beschleuniger
Radioaktivität
Photon
n
e+
Geiger
Höhenstrahlung
Quantenmechanik
Welle-Teilchen Dualismus
Spin/Fermion-Boson
p+
1930
Fermi
Theorie
Antimaterie
μ-
Yukawa
π Austausch
Neutrino trail
1940
τνe
Teilchenzoo
νμ
Higgs
u
1970
τ-
1980
d
s
c
STANDARD MODEL
b
Galaxien;
Ausdehnung des
Universums
Zyklotron
Dunkle Materie
Big Bang
Nukleosynthese
W Bosons
Kosmische
Hintergrundstrahlung
EW Vereinigung
GUT
SUSY
Superstrings
g
Z
3 Teilchenfamilien
Blasenkammer
e+e- Ring
Vieldrahtkammer
Strahlkühlung
QCD
Farbladung
W
1990
Wolken
Synchrotron
P, C, CP
Verletzung
QED
p-
Allgemeine
Relativität
Kernfusion
π
1975
Starke
WW
Spezielle
Relativität
Kern
1920
1960
Schwache
WW
Technologien
Atom
1910
1950
Universum
Felder
Elektromagnetismus
Newton
Prozessrechner
p+p- Ring
Inflation
Inhomogenität der
Hintergrundstrahlung(C
OBE, WMAP)
Moderne
Detektoren
WWW
t
2000
2010
ντ
ν Masse
Dunkle Energie
GRID
Neutrinos
TEILCHENSPEKTRUM
1956
Die Geschichte der Neutrinos
Entdeckung des (Elektron) Neutrinos
Kernreaktoren (n-Zerfall) sind eine starke Anti-Neutrino-Quelle
Fred Reines
Koinzidenz-Signal von Positron-Annihilation und Neutroneneinfang
Neutrinos
TEILCHENSPEKTRUM
"Muon" Neutrino
Leptonenerhaltungssatz: es muss auch ein ‘Muon’-Neutrino geben
𝜈e ↔
𝜈μ ↔
Jack Steinberger, 1962
eμ-
1962
Neutrinos
TEILCHENSPEKTRUM
Entdeckung des Tau-Neutrinos (2000)
DONUT collaboration (Fermilab)
2000
Neutrinos
TEILCHENSPEKTRUM
Es gibt genau 3 Familien von Neutrinos (mit M < 45 GeV)
Am LEP wurde die Zerfallsbreite des Zo gemessen
1992
TEILCHENSPEKTRUM
Haben Neutrinos eine Ruhemasse ?
νe
νμ
νt
Neutrino-Oszillationen
Teilchen werden durch Wellen (mit definierter Frequenz) beschrieben
Wenn die Frequenz ähnlich ist entstehen ‘Schwebungen’
---> Neutrino-Oszillationen
1956-1999
TEILCHENSPEKTRUM
1998
Entdeckung von Neutrino-Oszillationen
Muon-Neutrinos werden von kosmischen
Strahlen in der oberen Atmosphäre und
nachfolgendem Pion- und Muon-Zerfall
erzeugt.
Beobachtung:
ein Defizit von etwa 50% dieser MuonNeutrinos, die von “unten” kommen sollten
(Erddurchquerer)
Erklärung:
diese Muon-Neutrinos oszillieren in einen
anderen Neutrino-Typ (z.B. Tau-Neutrinos)
Neutrino Oscillations
TEILCHENSPEKTRUM
Neutrinos besitzen eine Masse
Man kennt zwar ihre absolute Masse nicht (der Limit für das ElektronNeutrino ist ca. 3 eV), aber man kennt die Massendifferenzen.
~ 2.5·10-3 eV2
~8·10-5 eV2
1999
DAS STANDARD MODEL (heute)
Kinetische
Gastheorie
Boltzmann
Elektromagnetismus
Maxwell
Teilchen
1895
e-
Brownsche
Bewegung
1900
1905
Universum
Felder
Elektromagnetismus
Schwache
WW
Starke
WW
Beschleuniger
Radioaktivität
Photon
n
e+
Geiger
Höhenstrahlung
Quantenmechanik
Welle-Teilchen Dualismus
Spin/Fermion-Boson
p+
1930
Fermi
Theorie
Antimaterie
μ-
Yukawa
π Austausch
1940
Allgemeine
Relativität
Wolken
Galaxien;
Ausdehnung des
Universums
Zyklotron
Dunkle Materie
Kernfusion
π
τνe
Teilchenzoo
νμ
Higgs
1970
τ-
1980
d
s
c
STANDARD MODEL
b
Big Bang
Nukleosynthese
W Bosons
Kosmische
Hintergrundstrahlung
EW Vereinigung
GUT
SUSY
Superstrings
g
Z
3 Teilchenfamilien
Blasenkammer
e+e- Ring
Vieldrahtkammer
Strahlkühlung
QCD
Farbladung
W
1990
Synchrotron
P, C, CP
Verletzung
QED
p-
u
1975
Detektor
Spezielle
Relativität
Kern
1920
1960
Technologien
Atom
1910
1950
Newton
Prozessrechner
p+p- Ring
Inflation
Inhomogenität der
Hintergrundstrahlung(C
OBE, WMAP)
Moderne
Detektoren
WWW
t
2000
2010
Dunkle Energie
ντ
ν Masse
GRID
?????????????????????
DIE RÄTSEL DES 21. JAHRHUNDERTS
1) Wie kommen Teilchen zu ihrer Masse - durch das “Higgs” Feld ?
1 TeV
100 GeV
1 GeV
1 MeV
0.01 eV
16
DIE RÄTSEL DES 21. JAHRHUNDERTS
Was ist so besonders am Higgs-Feld?
Es füllt das gesamte Universum gleichmässig (seit dem Big Bang)
Es gibt jedem Teilchen (auch den neu entstehenden) seine exakte Masse
Sir Peter Higgs
Es ist wie eine ‘kosmische DNS’ (die ‘Erbinformation’ des Universums)
Eine Party-Gesellschaft ...
.. ein berühmter Gast will den
Raum durchqueren...
.. wird aber von den Gästen
umringt und kommt nur
schwer voran...
Das Higgs-Feld ...
... ein neues Teilchen wird
erzeugt ...
... das Higgs-Feld macht das
Teilchen ‘schwer’ ...
DIE RÄTSEL DES 21. JAHRHUNDERTS
Das Higgs-Teilchen
Sir Peter Higgs
Ein Gerücht wird in die
Party-Gesellschaft gerufen ...
.. alle kommen zusammen und
tuscheln über die Nachricht...
Das Higgs-Feld ...
... erzeugt seine erste Anregung,
das Higgs-Teilchen ...
DIE RÄTSEL DES 21. JAHRHUNDERTS
Versuch einer Visualisierung des Higgs-Feldes / HiggsBosons
Wichtig:
Es könnte aber auch andere Erklärungen geben, die ähnliche Effekte wie das HiggsFeld erzeugen (z.B. Supersymmetrie)
DIE RÄTSEL DES 21. JAHRHUNDERTS
Entdeckung eines neuen Teilchens am LHC (4.7.2012)
Francois
Englert
Peter
Higgs
DIE RÄTSEL DES 21. JAHRHUNDERTS
Was genau wurde entdeckt?
Ein neues Teilchen mit einer Masse ~125 GeV,
schwerer als W und Z Bosonen, leichter als
ein Top Quark
Signifikanz der Entdeckung:
ATLAS: 5.9 σ
CMS: 5.0 σ
Ein Boson (Spin 0 oder 2), da es in zwei
Photonen zerfallen kann
Noch unklar:
Ist es DAS Standardmodell Higgs-Boson?
Oder ein SUSY Higgs?
Dann sollte es mindestens 5 verschiedene
Higgs-Teilchen geben (und wir haben nur das
erste davon gefunden)
Wir werden Ende 2012 mehr wissen…
DIE RÄTSEL DES 21. JAHRHUNDERTS
2) Supersymmetrie zwischen Teilchen und Feldern ?
‘Materie’-Teilchen (Spin 1/2= Fermion) wechselwirken miteinander durch den Austausch
von ‘Feld’-Teilchen (Spin 1= Boson).
Alle Teilchen (Elektronen, Neutrinos, Quarks) wechselwirken durch W/Z Feldteilchen
Teilchen mit elektrischer Ladung (e.g. Elektronen, Quarks) wechselwirken durch Photonen
Teilchen mit Farbladung (Quarks) wechselwirken durch Gluonen
Wenn es eine ‘Supersymmetrie’
zwischen Teilchen und Feldern gibt:
Materie-Teilchen haben einen Feldteilchen-Partner
Feldteilchen haben einen Materie-Teilchen-Partner
Spin 1/2
Spin 0, Spin 1
electron
selectron (S=0)
quark
squark (S=0)
photino
photon (S=1)
gluino
gluon (S=1)
gaugino (Wino, Zino)
W, Z (S=1)
Noch nie wurde ein supersymmetrisches Teilchen beobachtet falls sie existieren, müssen sie eine grosse Masse (>0.5-1 TeV) haben
Warum Supersymmetrie?
1) Eine fundamentale Raum-Zeit-Symmetrie
2) ‘Schutz’ des (skalaren) Higgs-Bosons (M ~ 102 GeV)
vor dem Einfluss von Vakuumfluktuationen (~1019 GeV)
3) Vereinigung von elektroschwacher und starke WW bei ~1017 GeV
4) Mögliche Erklärung der kosmologischen Materie-Antimaterie-Asymmetrie
5) Dunkle Materie ?
Supersymmetrie ist relativ einfach zu berechnen:
Teilchen und Super-Partner lassen sich einfach austauschen
=
=
e = electron
 = photon
~
e = selectron
~
 = photino
DIE RÄTSEL DES 21. JAHRHUNDERTS
Wir+Planeten+Sterne
SUSY = Dunkle Materie-Teilchen?
Überbleibsel vom Big Bang?
DIE RÄTSEL DES 21. JAHRHUNDERTS
Was sind Teilchen?
Superstrings in 10 Dimensionen?
Sind Teilchen kleine ‘Strings’ die im 10-dimensionalen Raum vibrieren?
Länge ~10-35 m (Planck Länge)
Verschiedene Schwingungsmoden entsprechen verschiedenen Teilchen
Graviton ist im Spektrum enthalten!
Aber:
Es gibt keine Voraussage, warum und wie die zusätzlichen Dimensionen
verschwunden sind.
Es gibt keine eindeutige Möglichkeit, die Eigenschaften der Teilchen
vorherzusagen.
Quanten-Gravitation ?
‘Sieht’ ein Graviton mehr als 3 Raumdimensionen?
Die Gravitation könnte deshalb so schwach sein weil sich die Gravitation in
4 oder mehr Raum-Dimensionen ausbreitet und damit aus unserem 3dimensionalen Universum entkommt.
Kollisionen im LHC könnten dann mikroskopische schwarze Löcher erzeugen.
Die Fragen des 21. Jahrhunderts
1900 - 2000: Phantastischer Fortschritt im Verständnis von Materie und Universum
Wir wissen heute woraus die Materie besteht.
Wir kennen auch die wichtigsten Etappen in der Entstehung des Universums
Neue, tiefere Fragen:
Was sind Teilchen? Sind Quarks und Leptonen wirklich elementar?
Was macht die ‘Teilchenfamilien’ aus? Warum gibt es genau drei?
Wo liegt die Verbindung zwischen Quarks und Leptonen (identische
Ladung!!)
Was ist die dunkle Materie? Was ist dunkle Energie?
Wie ist die Antimaterie verschwunden?
Was hat die kosmische Inflation ausgelöst?
Was ist der Ursprung der Naturkonstanten? Was bestimmt ihre relative
Grösse?
Ist das Leben im Universum ein Zufall?
Kann die Natur durch ein einziges Gesetz beschrieben werden?
Die Physik
21. Jahrhunderts
...
Warum hat das Vakuum
einedes
so geringe
Energie?
Herunterladen
Random flashcards
Medizin

5 Karten Sophia Gunkel

Laser

2 Karten anel1973

Literaturepochen

2 Karten oauth2_google_55780ed8-d9a3-433e-81ef-5cfc413e35b4

Erstellen Lernkarten