Grundlagenforschung und Nutzen für unsere Gesellschaft. Teilchenphysik am CERN als Beispiel
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- Elly Beltz
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1 Grundlagenforschung und Nutzen für unsere Gesellschaft Teilchenphysik am CERN als Beispiel,
2 Erforschung der Naturgesetze Big Bang Radius Erde Abstand Erde-Sonne Radius von Galaxien Universum 2
3 Erforschung der Naturgesetze Big Bang Radius Erde Abstand Erde-Sonne Radius von Galaxien Universum Hubble MAGIC VLT WMAP Planck Herschel 2
4 Erforschung der Naturgesetze Big Bang Radius Erde Abstand Erde-Sonne Radius von Galaxien Universum Hubble Super-Mikroskop MAGIC VLT WMAP Planck Herschel 2
5 Erforschung der Naturgesetze Big Bang Radius Erde Abstand Erde-Sonne Radius von Galaxien Universum Hubble Super-Mikroskop MAGIC VLT WMAP Planck Herschel 2
6 Entwicklung des Universums Urknall 13.7 Milliarden Jahre cm heute
7 Grosse offene Fragen 4
8 Grosse offene Fragen Werden wir den Zustand der Materie wenige Augenblicke nach dem Urknall verstehen? 4
9 Grosse offene Fragen Werden wir den Zustand der Materie wenige Augenblicke nach dem Urknall verstehen? Ist das neu entdeckte Teilchen tatsächlich das Higgs Boson? Werden wir weitere neue Teilchen finden? 4
10 Grosse offene Fragen Werden wir den Zustand der Materie wenige Augenblicke nach dem Urknall verstehen? Ist das neu entdeckte Teilchen tatsächlich das Higgs Boson? Werden wir weitere neue Teilchen finden? Was ist der Ursprung der Materie-Antimaterie Asymmetrie im Universum? 4
11 Grosse offene Fragen Werden wir den Zustand der Materie wenige Augenblicke nach dem Urknall verstehen? Ist das neu entdeckte Teilchen tatsächlich das Higgs Boson? Werden wir weitere neue Teilchen finden? Was ist der Ursprung der Materie-Antimaterie Asymmetrie im Universum? Werden wir die Teilchen der Dunklen Materie entdecken? 4
12 CERN s Mission Innovation Ausbildung Forschung courtesy : F. Pauss
13 CERN s Mission Innovation Ausbildung Forschung Grenzverschiebung unseres Wissens z.b. fundamentale Bausteine der Materie, Zustand des Universums in den ersten Augenblicken nach dem Big Bang courtesy : F. Pauss
14 CERN s Mission Innovation Ausbildung Grenzverschiebung unseres Wissens z.b. fundamentale Bausteine der Materie, Zustand des Universums in den ersten Augenblicken nach dem Big Bang Entwicklung neuer Technologien Informationstechnologie - World Wide Web und GRID Medizin - Diagnose und Therapie Forschung courtesy : F. Pauss
15 sb ild In no va Au tio n CERN s Mission un g Forschung Grenzverschiebung unseres Wissens z.b. fundamentale Bausteine der Materie, Zustand des Universums in den ersten Augenblicken nach dem Big Bang Entwicklung neuer Technologien Informationstechnologie - World Wide Web und GRID Medizin - Diagnose und Therapie Ausbildung der Wissenschaftler und Ingenieure von morgen courtesy : F. Pauss
16 sb ild In no va Au tio n CERN s Mission un g Forschung Grenzverschiebung unseres Wissens z.b. fundamentale Bausteine der Materie, Zustand des Universums in den ersten Augenblicken nach dem Big Bang Entwicklung neuer Technologien Informationstechnologie - World Wide Web und GRID Medizin - Diagnose und Therapie Ausbildung der Wissenschaftler und Ingenieure von morgen Zusammenbringen von Menschen aus verschiedenen Ländern und Kulturen courtesy : F. Pauss
17 Eine neue Ära in der Grundlagenforschung Large Hadron Collider (LHC), eines der grössten, globalen, wissenschaftlichen Projekte aller Zeiten, ein Meilenstein für die Teilchenphysik LHC Ring: 27 km Umfang 6
18 Eine neue Ära in der Grundlagenforschung Large Hadron Collider (LHC), eines der grössten, globalen, wissenschaftlichen Projekte aller Zeiten, ein Meilenstein für die Teilchenphysik LHC Ring: 27 km Umfang ATLAS 6
19 Eine neue Ära in der Grundlagenforschung Large Hadron Collider (LHC), eines der grössten, globalen, wissenschaftlichen Projekte aller Zeiten, ein Meilenstein für die Teilchenphysik CMS LHC Ring: 27 km Umfang ATLAS 6
20 Eine neue Ära in der Grundlagenforschung Large Hadron Collider (LHC), eines der grössten, globalen, wissenschaftlichen Projekte aller Zeiten, ein Meilenstein für die Teilchenphysik CMS LHCb LHC Ring: 27 km Umfang ATLAS 6
21 Eine neue Ära in der Grundlagenforschung Large Hadron Collider (LHC), eines der grössten, globalen, wissenschaftlichen Projekte aller Zeiten, ein Meilenstein für die Teilchenphysik CMS ALICE LHCb LHC Ring: 27 km Umfang ATLAS 6
22 Siehe z.b. Vortrag Lebrun,
23 Kollisionen im LHC Protonen ~1011 Protonen pro Paket ~ 3000 Pakete Kollisionen: pro Sekunde
24 Kollisionen im LHC Protonen ~1011 Protonen pro Paket ~ 3000 Pakete Kollisionen: pro Sekunde
25 Riesige Digitale Kameras Start : Nov
26 Riesige Digitale Kameras Start : Nov 2006 Schwerstes Element: (~ 2000 t): 28. Feb Gewicht von ca. 5 Jumbo Jets, oder 3.5 Airbus380. 9
27 Bilder von Kollisionen CMS ATLAS LHCb Bos à µ+µ ALICE: Pb-Pb Siehe z.b. Vortrag Mansoulie zum Higgs Boson,
28 Riesige Datenmengen ~ 100 Millionen Auslesekanäle Ein digitales Foto alle Nanosekunden, d.h. 40 Millionen Fotos pro Sekunde! Alle Experimente zusammen: ~3 Gb/sec
29 Riesige Datenmengen ~ 100 Millionen Auslesekanäle Ein digitales Foto alle Nanosekunden, d.h. 40 Millionen Fotos pro Sekunde! Alle Experimente zusammen: ~3 Gb/sec Daten-Volumen pro Jahr: ~22 Petabytes
30 Riesige Datenmengen ~ 100 Millionen Auslesekanäle Ein digitales Foto alle Nanosekunden, d.h. 40 Millionen Fotos pro Sekunde! Alle Experimente zusammen: ~3 Gb/sec Daten-Volumen pro Jahr: ~22 Petabytes GRID-Computing! Weltweite Kollaboration ~ 140 computing centres In ~ 40 countries
31 Was bringt uns das?
32 Beispiel World Wide Web interes'ng, but vague vor ca. 20 Jahren entwickelt : undenkbar, dass dies die moderne Informa<onsgesellscha> revolu<onieren würde
33 CERN Technologien Drei zentrale Technologie-Kompetenzen: Parrinello, CERN 14
34 CERN Technologien Drei zentrale Technologie-Kompetenzen: Beschleunigung von Teilchenstrahlen Parrinello, CERN 14
35 CERN Technologien Drei zentrale Technologie-Kompetenzen: Beschleunigung von Teilchenstrahlen Detektion von Teilchen CMS Parrinello, CERN 14
36 CERN Technologien Drei zentrale Technologie-Kompetenzen: Beschleunigung von Teilchenstrahlen Detektion von Teilchen CMS Computing Hoch-Leistung und Vernetzung Parrinello, CERN 14
37 Technologie-Transfer Vakuum Kältetechnik Supraleitung Teilchenstrahlen Detektoren IT/Grid Parrinello, CERN 15
38 Technologie-Transfer Vakuum Kältetechnik Supraleitung Teilchenstrahlen Detektoren IT/Grid Hadron-Therapie Medizinsche Bildgebung E-Gesundheit Energiegewinnung Energie-Effizienz Digitale Bibliotheken Parrinello, CERN 15
39 Medizinische Anwendungen Teilchenstrahlen für Tumorbekämpfung Parrinello, CERN 16
40 Medizinische Anwendungen Teilchenstrahlen für Tumorbekämpfung Teilchen-Detektor Technologien für die medizinische Bildgebung Parrinello, CERN 16
41 Medizinische Anwendungen Teilchenstrahlen für Tumorbekämpfung Teilchen-Detektor Technologien für die medizinische Bildgebung Grid Technologie für medizinische Datenverwaltung und Analyse Parrinello, CERN 16
42 Hadron-Therapie Tumor Zielgebiet Parrinello, CERN Siehe Vortrag Möslacher zu MedAustron,
43 Hadron-Therapie Tumor Protonen Zielgebiet Kohlenstoff-Ionen Strahl geladener Hadronen verliert Energie in Materie Parrinello, CERN Siehe Vortrag Möslacher zu MedAustron,
44 Hadron-Therapie Tumor Zielgebiet Protonen Kohlenstoff-Ionen Strahl geladener Hadronen verliert Energie in Materie Parrinello, CERN GammaPhotons Strahlen Protonen Protons Kohlenstoff GSI Siehe Vortrag Möslacher zu MedAustron,
45 Hadron-Therapie Tumor Zielgebiet Protonen Kohlenstoff-Ionen Strahl geladener Hadronen verliert Energie in Materie Parrinello, CERN Hadron-Strahlen öffnen neue Möglichkeiten zur Behandlung von tiefliegenden Tumoren. GammaPhotons Strahlen Protonen Protons Kohlenstoff Hadron-Strahlen sind effektiver in der Zerstörung von Tumorzellen, bei gleichzeitiger Schonung des umliegenden Gewebes. Erste Idee: Wilson, 1946 GSI Siehe Vortrag Möslacher zu MedAustron,
46 MedAustron Krebsbehandlung (Hadron-Strahlen) und Forschungszentrum 1200 Patienten / Jahr (24000 Fraktionen) Klinische und nicht-klinische Forschung Forschungs-Schwerpunkte Bio-Medizin, Medizin-Physik, Kern-und Teilchenphysik, Detektortechnologien Technische Umsetzung Design, Beschaffung und Errichtung mit Hilfe und Mitarbeit von CERN Experten (alle Bereiche der Beschleunigertechnik) Aufbau eines MedAustron Expertenteams am CERN (ca. 30 Personen) und Integration in die technischen Gruppen bei CERN zur Ausbildung (Transfer von Know-How) Gemeinsamer Aufbau und Inbetriebnahme in Wr. Neustadt Betrieb durch das MedAustron Expertenteam Inbetriebnahme 2015 Siehe Vortrag Möslacher zu MedAustron, Benedikt, CERN 18
47 Positron-Emissions-Tomographie Entwickelt in Zusammenarbeit des CERN mit der Universitätsklinik Genf Weiterhin aktive Forschung (Kristalle, Photo-Detektoren, Elektronik) Glukose, markiert mit C-11 Hergestellt mittels spezieller Beschleuniger Szintillations - Kristalle 19
48 Positron-Emissions-Tomographie Entwickelt in Zusammenarbeit des CERN mit der Universitätsklinik Genf Weiterhin aktive Forschung (Kristalle, Photo-Detektoren, Elektronik) Anti-Materie E=mc 2 Glukose, markiert mit C-11 Hergestellt mittels spezieller Beschleuniger Szintillations - Kristalle 19
49 Bild - Kombination: PET + CT PET Scanner Kombination anatomischer und funktionaler/metabolischer Information Parrinello, CERN
50 Bild - Kombination: PET + CT PET Scanner Computer-Tomograph (oder MRI-Scanner) Kombination anatomischer und funktionaler/metabolischer Information Parrinello, CERN
51 Bild - Kombination: PET + CT PET Scanner Computer-Tomograph (oder MRI-Scanner) SMART Scanner PET + CT Kombination anatomischer und funktionaler/metabolischer Information from University of Pittsburgh & Siemens Parrinello, CERN
52 Brustkrebs Grid Anwendung: MammoGrid 1 von 8 Frauen wird an Brustkrebs erkranken Systematische Vorsorgeuntersuchungen (Mammographien) Analysen der Bilder im Spital: kleine Referenz-Datenbasis, Diagnose beruht auf ärztlicher Erfahrung Parrinello, CERN
53 Grid Anwendung: MammoGrid Brustkrebs 1 von 8 Frauen wird an Brustkrebs erkranken Systematische Vorsorgeuntersuchungen (Mammographien) Analysen der Bilder im Spital: kleine Referenz-Datenbasis, Diagnose beruht auf ärztlicher Erfahrung MammoGrid Projekt Grid-basierte Implementierung einer verteilten Mammogram Datenbasis in Europa Jeder Arzt erhält Zugang zu tausenden von Bildern+Diagnose Ermöglicht Diagnose auf Distanz Software zur Gewinnung von Gewebe-Information für klinische Studien Developed by Italian University Parrinello, CERN
54 Weiteres Beispiel : Arktis Arktis Radiation Detectors Ltd entwickelt Edelgas-Detektoren, um radioaktives Material an Seehäfen und Grenzübergängen zu entdecken Die Technologie hat ihre Ursprünge in der Teilchenphysik (ETH, CERN) Arktis ist eine ETH Spin-off Firma, gegründet 2007, von ETH Doktoranden 22
55 Hirne und Know How Beispiele: David Townsend ehemaliger Teilchenphysiker jetzt führend in der Entwicklung von kombinierten PET/CT Scannern Times Magazine : Invention of the year 2000 Eros Pedroni studierte Teilchenphysik jetzt weltweit anerkannter Experte und zentrale Figur des Hadron Therapie Programmes am PSI 23
56 Hirne und Know How Beispiele: David Townsend ehemaliger Teilchenphysiker jetzt führend in der Entwicklung von kombinierten PET/CT Scannern Times Magazine : Invention of the year 2000 Eros Pedroni studierte Teilchenphysik jetzt weltweit anerkannter Experte und zentrale Figur des Hadron Therapie Programmes am PSI Österreichisches Doktorandenprogramm am CERN 23
57 Hirne und Know How Beispiele: David Townsend ehemaliger Teilchenphysiker jetzt führend in der Entwicklung von kombinierten PET/CT Scannern Times Magazine : Invention of the year 2000 Eros Pedroni studierte Teilchenphysik jetzt weltweit anerkannter Experte und zentrale Figur des Hadron Therapie Programmes am PSI Österreichisches Doktorandenprogramm am CERN Die top-ausgebildeten (lösungsorientiert, innovativ, internationales kompetitives Umfeld) Studierenden von heute sind die Problemlöser von morgen 23
58 Zusammenfassung Teilchenphysik : auf der Suche nach den grundlegenden Gesetzen von Materie, Raum und Zeit: Vorstösse in neue Grenzbereiche in Beschleuniger- und Detektortechnologie viele dieser Technologien zusammen mit dem nötigen Know-How haben zu neuen Entwicklungen geführt, speziell bei medizinischen Anwendungen Dies war nur ein kleiner Einblick... 24
59 Zusammenfassung Teilchenphysik : auf der Suche nach den grundlegenden Gesetzen von Materie, Raum und Zeit: Vorstösse in neue Grenzbereiche in Beschleuniger- und Detektortechnologie viele dieser Technologien zusammen mit dem nötigen Know-How haben zu neuen Entwicklungen geführt, speziell bei medizinischen Anwendungen Dies war nur ein kleiner Einblick... Gerade in Krisenzeiten wie dieser (Energie, Ökologie, Ökonomie) brauchen wir Investitionen in (Aus)Bildung, auf allen Ebenen Grundlagenforschung dies ist das Fundament für die Technologie-Entwicklungen und die Problemlösungen (von morgen und übermorgen) 24
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