Physik im Bereich der kleinsten und schnellsten Teilchen
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Physik im Bereich der kleinsten und schnellsten Teilchen ITP WWU Münster Experimente Beschreibungen Modelle Die Arbeit der modernen Physik: Neue Endeckungen 2/24 Experimente Beschreibungen Modelle Die Arbeit der modernen Physik: Neue Endeckungen 3/24 Experimente Beschreibungen Modelle Die Arbeit der modernen Physik: Neue Welten 4/24 Experimente Beschreibungen Modelle Die Arbeit der modernen Physik: Ein Bild entsteht 5/24 Experimente Beschreibungen Modelle 1 der Bereich für neue Experimente 2 Beschreibungen für kleinste Teilchen bei hohen Energien 3 das Modell der Elementarteilchen 6/24 Experimente Beschreibungen Modelle Das Vordringen in neue Bereiche Kleinere Strukturen 7/24 Experimente Beschreibungen Modelle Das Vordringen in neue Bereiche e− E =mc 2 e+ Energie der Teilchen Kleinere Strukturen 8/24 Experimente Beschreibungen Modelle Das Vordringen in neue Bereiche Urknall Zeit seit Urknall Energie der Teilchen Kleinere Strukturen 9/24 Experimente Beschreibungen Modelle Das Vordringen in neue Bereiche Technische Entwicklung Größe der Beschleuniger Zeit seit Urknall Energie der Teilchen Kleinere Strukturen 10/24 Experimente Beschreibungen Modelle Der größte Beschleuniger: Large Hadron Collider Genf 11/24 Experimente Beschreibungen Modelle Der größte Beschleuniger: Large Hadron Collider Umfang: 27 km hohe Geschwindigkeiten: 99.9999991% der Lichtgeschwindigkeit Protonen mit Energie 7TeV ein Proton: Energie von Mücke im Flug Menge der Protonen des gesamten Strahls: Gas im Volumen von einem Sandkorn Energie des gesamten Strahls: Zug bei 200km/h sehr genaue Messungen Menge an Daten/Jahr: 15 Millionen GB (CD Stapel von 20 km Höhe) 12/24 Experimente Beschreibungen Modelle Kleine Teilchen, genaue Messungen: Das Gebiet der Quantenmechanik Grenze der Genauigkeit für Ort und Impuls Zeit und Energie Quantenfluktuationen keine Erzeugung von Teilchen ∆x·∆p ≥~/2 13/24 Experimente Beschreibungen Modelle Hohe Geschwindigkeiten: Die Relativitätstheorie obere Grenze für die Geschwindigkeit Energiezunahme durch Zunahme der Masse Energie → Masse c 14/24 Experimente Beschreibungen Modelle Klein und schnell: Die Quantenfeldtheorie e− erlaubt Teilchenerzeugung und -vernichtung Quantenfluktuationen erzeugen virtuelle Teilchen Fluktuationen im Vakuum beeinflussen Messungen E =mc 2 e+ klassische Physik: 3 Körperproblem nicht lösbar Quantenfeldtheorie: 0 Körperproblem nicht lösbar 15/24 Experimente Beschreibungen Modelle Methoden und Näherungen Störungstheorie AdS/CFT effektive Modelle Gitterrechnungen ... 16/24 Experimente Beschreibungen Modelle Das Vordringen in neue Bereiche Theorie Bestätigung/Korrektur Konzeption Experiment technische Entwicklung neue Konzepte Anwendung Auswertung 17/24 Experimente Beschreibungen Modelle Das Vordringen in neue Bereiche Experiment Theorie Näherungen Interpretation 18/24 Experimente Beschreibungen Modelle Ordnen der Beobachtungen: Symmetrien Edelgase, Alkalimetalle, Halogene, ... 19/24 Experimente Beschreibungen Modelle Ordnen der Beobachtungen: Symmetrien ντ W± Z0 2000 B ±0 1980 τ J/Ψ η Σ0 Σ± ∆ ρ n̄ Λ0 Ξ0 Υ D ±0 − νµ Ω p̄ νe K± π0 K0 1960 Ξ− Leptonen, Mesonen, Baryonen π± 1940 µ e+ n p 1920 γ 1900 e− 20/24 Experimente Beschreibungen Modelle Ordnen der Beobachtungen: Symmetrien ντ W± Z0 2000 B ±0 1980 τ J/Ψ η Σ0 Σ± ∆ ρ n̄ Λ0 Ξ0 Υ D ±0 − νµ Ω p̄ νe K± π0 K0 1960 Ξ− Leptonen, Mesonen, Baryonen π± 1940 µ e+ n Ordnung der Teilchen → Symmetrien p 1920 innere Symmetrien: Farbsymmetrie ... γ 1900 e− Raum-Zeit-Symmetrien: Drehungen ... Supersymmetrie 21/24 Experimente Beschreibungen Modelle Das Modell der Elementarteilchen Standardmodell γ u c t s d b Z νe νµ ντ e µ τ W g Higgs stabile Materie Austauschteilchen Leptonen Quarks Einteilung: Materie und Austauschteichen der Kräfte Photonen vermitteln elektromagnetische Kraft massive Austauschteilchen der schwachen Kraft β-Zerfall Gluonen sind Austauschteilchen der starken Kraft 22/24 Experimente Beschreibungen Modelle Das Modell der Elementarteilchen Standardmodell γ u c t s d b Z νe νµ ντ e µ τ W g Higgs stabile Materie Austauschteilchen Leptonen Quarks Einteilung: Materie und Austauschteichen der Kräfte Photonen vermitteln elektromagnetische Kraft massive Austauschteilchen der schwachen Kraft β-Zerfall Gluonen sind Austauschteilchen der starken Kraft 22/24 Experimente Beschreibungen Modelle Das Modell der Elementarteilchen Standardmodell γ u c t s d b Z νe νµ ντ e µ τ W g Higgs stabile Materie Austauschteilchen Leptonen Quarks Einteilung: Materie und Austauschteichen der Kräfte Photonen vermitteln elektromagnetische Kraft massive Austauschteilchen der schwachen Kraft β-Zerfall Gluonen sind Austauschteilchen der starken Kraft 22/24 Experimente Beschreibungen Modelle Das Modell der Elementarteilchen Standardmodell γ u c t s d b Z νe νµ ντ e µ τ W g Higgs stabile Materie Austauschteilchen Leptonen Quarks Einteilung: Materie und Austauschteichen der Kräfte Photonen vermitteln elektromagnetische Kraft massive Austauschteilchen der schwachen Kraft β-Zerfall Gluonen sind Austauschteilchen der starken Kraft 22/24 Experimente Beschreibungen Modelle Das Modell der Elementarteilchen Standardmodell γ u c t s d b Z νe νµ ντ e µ τ W g Higgs stabile Materie Austauschteilchen Leptonen Quarks Einteilung: Materie und Austauschteichen der Kräfte Photonen vermitteln elektromagnetische Kraft massive Austauschteilchen der schwachen Kraft β-Zerfall Gluonen sind Austauschteilchen der starken Kraft 22/24 Experimente elektromagnetische Kraft Beschreibungen Modelle starke Kraft 23/24 Experimente Beschreibungen Modelle Das Standardmodell experimentell bestätigt beschreibt alle bisher gefundenen Teilchen Higgs-Teilchen noch nicht gefunden Widerspruch zu astronomischen Beobachtungen: dunkle Materie Konzeptionelle Probleme 24/24
