Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Von Quanten, Quarks und der spanischen Königin Ein Ausflug an die Grenzen der Physik Peter Schleper

Peter SchleperVon Quanten, Quarks und...

April 2005Von Quanten, Quarks und der spanischen Königin

Ein Ausflug an die Grenzen der Physik

Peter SchleperHamburg, 4.4.2005


April 2005

Quantenphysik: kleinste Bausteine der Natur

Periodensystem der ElementeTeilchenphysik: Quarks und Elektronen fundamental und unteilbar

In Hamburg: Institut für Experimentalphysik + DESY: Deutsches Elektronen Synchrotron


April 2005

Materie und Antimaterie Relativität und Quantentheorie

Paul Dirac 1928 :Albert Einstein 1905:

Spezielle Relativitätstheorie:Masse ist eine Form von Energie• Aus Energie können neue Teilchen mit Masse erzeugt werden

Relativitätstheorie + QuantentheorieVorhersage der AntimaterieElektron: Ladung = - 1Positron: Ladung = +1

Mathematische Strukturen Vorhersage der Eigenschaften der Natur


April 2005Entdeckung der Antimaterie

Photo einer TeilchenreaktionHöhenstrahlung

Ursprung der Höhenstrahlung ?

Blasenkammer 1933


April 2005Teilchen-Erzeugung


April 2005Teilchen-Beschleuniger

• Kosmos: Teilchenrate zu (?) gering• e+e- Beschleuniger: Präzision Vorhersagen• pp Beschleuniger: Energie groß Entdeckungen

DESY Gelände in HH-Bahrenfeld

E= mc2 viel Energie um neue Teilchen zu entdecken • Chemische Bindung ~ 1 eV • Masse Proton: 1 GeV• Masse top Quark: 175 GeV

Beschleuniger:• HERA: 320 GeV• Large Hadron Collider: 14000 GeV Proton• International Linear Collider: ~0,8 TeV Elektron

HERA: 6,7 km Tunnel, 1 Mrd Euro


April 2005HERA: Starke Kraft der Quarks

ZEUS-Experiment

Quark - Jet

e+

Elektron

p


April 2005

Das Standard-Modell:Teilchen und Kräfte

Materie-Teilchen: 1. Generation

Entdeckungen2. Generation: Myon, Strange Quark Vorhersage: Neutrino,Charm3. Generation: Tau, Bottom Vorhersage: Neutrino, Top

Naturkräfte:1. Elektromagnet.: Photon2. Schwache Kraft: W,Z (CERN)3. Starke Kraft: Gluon (DESY)4. Gravitation: ?

…wegen Symmetrie zur 1.Generation

23 Nobelpreise seit 1967


April 2005Theorien 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


April 2005

Extrapolation der Naturgesetze

Kosmologie und Teilchenphysik


April 2005Dunkle Materie im Kosmos

Aus Beobachtung der Rotation von Galaxienund weit entfernter Supernova-Explosionen

Dunkle EnergieDunkle Energie(Kosmologische Konstante)(Kosmologische Konstante)

DunkleDunkle MaterieMaterie

Normale MaterieNormale Materie (davon nur ca.(davon nur ca. 10% leuchtend)10% leuchtend)

NeutrinosNeutrinos min. 0.1%min. 0.1% max. 6%max. 6%

Unbekannte Form der Materie: Photino ???


April 2005LHC: 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 TunnelStart: 2007


April 2005CMS Detektor

• 1950 Physiker aus 39 Ländern• 10 Jahre Bauzeit• 400 MEuro• 2000 GByte Daten / Jahr

CMS: 50 Mill. elektron. Kanäle 214 m2 Fläche Silizium-WaferZEUS: 2,5 m2

Im Vergleich: ZEUS


April 2005Moderne Detektoren

Präzision durch Halbleiter-TechnologieDiode in Sperrichtung: Strom nur bei

Ionisation durch Teilchen• Auflösung (Ort): 10 m• Impulsmessung im Magnetfeld: bis ca 1012 eV

Teil eines Si-Wafers

Teilchen-Rekonstruktion

Institut für Exp. Physik


April 2005Supersymmetrie am LHC

Simulation Supersymmetrischer Ereignisse bei LHC

Supersymmetrie kann mit grosser Wahrscheinlichkeit gefunden werden


April 2005Higgs bei LHC

Higgs Entdeckung unvermeidbar (falls es existiert)

Gluonen aus Protonen: gg H


April 2005International Linear e+e- Collider

DESY: Beschleunigungsrekord35000000 Volt / m

Weltweite Übereinstimmung aller Teilchenphysiker: ILC ist nächstes Großprojekt

Konkurrenz: Japan, USA, Deutschland (DESY: TESLA) DESY Technology: Supraleitende Kavitäten

33 km langer Tunnel im Norden von Hamburg


April 2005e+e- Linear Collider

Vorteile:•Sehr einfache Messungen•Große Genauigkeit•Extrapolation zu großen Energien

Stand des Projekts:

DESY Vorschlag 2000Japan, USA: 2004

Weltweite Einigung auf:DESY Supraleitungs-TechnologieEinmaliges Zeugnis für deutsche Hochtechnologie !

EU, USA, Japan, …OECD Ministerrat, UN Science Forum

Physiker warten auf politische Entscheidung…..…besonders auch in Hamburg


April 2005

Stand der PhysikEin 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, 1898-99Kurz danach:

Röntgen Strahlung, Entdeckung des Elektrons, Atom = Kern+Hülle, Relativitätstheorie,

QuantenmechanikBald: Higgs, SUSY


April 2005

Forschungsförderung am Beispiel: Terra incognita

Internationale Zusammenarbeit3-fach redundantes Experiment

Nicht wie erwartet, dennoch großer Erfolg.

•Fundamentale neue Theorie•Plan für ein Experiment•Verspricht Geldgebern großen praktischen Nutzen


April 2005Zusammenfassung: Teilchenphysik

HiggsSupersymmetry

Extra DimensionenSchwarze Loecher

Nutzen:Supraleitungs-Technologie (DESY)

world wide web (CERN !)world wide grid

Grundlagenforschung ist Teil unsererkulturellen und

wirtschaftlichen Identität

Documents

Peter Schleper Von Quanten, Quarks und... April 2005 Von Quanten, Quarks und der spanischen Königin Ein Ausflug an die Grenzen der Physik Peter Schleper