Der Large Hadron Collider (LHC)
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- Henriette Kurzmann
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Transkript
1 Der Large Hadron Collider (LHC)...ein Rundgang durch das größte Experiment der Welt 1 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
2 Übersicht Die Welt der Elementarteilchen Teilchenbeschleuniger Teilchendetektoren Technologietransfer 2 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
3 Die Welt der Elementarteilchen 3 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
4 Grundfrage der Teilchenphysik Aus was besteht die Welt? 4 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
5 Materie 5 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
6 Atom 6 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
7 Elektron Atomkern 7 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
8 Proton Neutron 8 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
9 9 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik Quarks
10 Quarks Proton Neutron + 2 / 3 e - 1 / 3 e + 2 / 3 e u u d - 1 / 3 e d d u +2/3 e - 1 / 3 e 10 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
11 Elementarteilchen Elektron u up-quark d down-quark 11 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
12 Kosmische Strahlung Entdeckung weiterer Elementarteilchen 12 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
13 Elementarteilchen Elektron u up-quark d down-quark 13 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
14 Elementarteilchen Elektron Myon u up-quark s strange-quark d down-quark 14 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
15 Kosmische Strahlung Beobachtung in Ballons und auf Bergen mühsam! 15 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
16 Frage Wie lautet Einsteins berühmte Gleichung? 16 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
17 Frage Wie lautet Einsteins berühmte Gleichung? E=m c 2 17 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
18 Teilchenbeschleuniger Künstliche Erzeugung neuer Teilchen bei Teilchenkollisionen, E=m c 2 18 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
19 Elementarteilchen Elektron Myon u up-quark s strange-quark d down-quark 19 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
20 Elementarteilchen Elektron Myon Tauon u up-quark d down-quark s strange-quark 20 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
21 Elementarteilchen Elektron Myon Tauon u up-quark d down-quark s strange-quark c charm-quark b bottom-quark t top-quark 21 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
22 Elementarteilchen Elektron Myon Tauon e-neutrino µ-neutrino τ-neutrino u up-quark d down-quark s strange-quark c charm-quark b bottom-quark t top-quark 22 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
23 Offene Fragen Elektron Myon Tauon e-neutrino u µ-neutrino s τ-neutrino b Masse der Elementarteilchen? up-quark strange-quark bottom-quark d c t down-quark charm-quark top-quark 23 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
24 Higgs-Feld Peter Higgs 24 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
25 Higgs-Feld 25 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
26 Higgs-Feld 26 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
27 Higgs-Feld 27 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
28 Higgs-Teilchen 28 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
29 Higgs-Teilchen 29 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
30 Higgs-Teilchen 30 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
31 Dunkle Materie F = G m M 2 r 31 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
32 Dunkle Materie F = G m M 2 r 32 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
33 Dunkle Materie Dunkle Materie 33 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
34 Offene Fragen Higgs-Teilchen Dunkle Materie Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
35 35 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
36 Der Large Hadron Collider am CERN Länge: 27 km 100 m unter der Erde 4 Teilchendetektoren 36 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
37 Teilchenbeschleuniger 37 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
38 Teilchenbeschleuniger in der Schule 38 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
39 Teilchenbeschleuniger in der Schule Braun sche Röhre Oszilloskop Fadenstrahlröhre TV-Gerät 39 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
40 Fragen Wie erzeugt man freie Elektronen? Wie beschleunigt man geladene Teilchen? 40 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
41 Fadenstrahlröhre Kathode U A Anode 41 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
42 Fadenstrahlröhre Kathode U A Anode 42 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
43 Fadenstrahlröhre Kathode U A Anode 43 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
44 Fadenstrahlröhre Kathode U A Metallzylinder Anode 44 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
45 Fadenstrahlröhre Kathode U A Metallzylinder Anode 45 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
46 46 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
47 CERN-Protonenquelle 47 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
48 CERN-Protonenquelle 90 kv Glühkathode 48 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
49 CERN-Protonenquelle 90 kv Glühkathode 49 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
50 CERN-Protonenquelle 90 kv Glühkathode 50 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
51 CERN-Protonenquelle 90 kv Zwischenelektrode Glühkathode 51 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
52 CERN-Protonenquelle 90 kv Zwischenelektrode Glühkathode Anode 52 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
53 CERN-Protonenquelle 90 kv Zwischenelektrode Glühkathode Anode Wasserstoff 53 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
54 CERN-Protonenquelle 90 kv Zwischenelektrode Glühkathode Anode Wasserstoff 54 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
55 Protonen-Erzeugung beschleunigtes Elektron Wasserstoff-Atom 55 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
56 Protonen-Erzeugung Proton 56 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
57 Protonen-Erzeugung Proton 57 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
58 Protonen-Erzeugung Proton 58 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
59 CERN-Protonenquelle 90 kv Zwischenelektrode Glühkathode Anode Wasserstoff 59 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
60 CERN-Protonenquelle 60 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
61 CERN-Protonenquelle 61 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
62 Linearbeschleuniger 62 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
63 Kreisbeschleuniger Vorteil: die gleiche Beschleunigungsstrecke mehrmals durchlaufen ~ Wie bringt man Teilchen auf eine Kreisbahn? 63 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
64 Fadenstrahlröhre 64 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
65 Synchrotron Homogenes Magnetfeld (Dipol) Beschleunigung und Magnetfeld synchron hochfahren U A groß U A klein Kathode mit Wehnelt- Zylinder U A Anode 65 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
66 Kreisbeschleuniger Beschleunigungsstrecke Einschleusung Ablenkmagnet 66 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
67 LHC-Spiel Start (Internetverbindung erforderlich) 67 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
68 LHC und Vorbeschleuniger 68 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
69 Large Hadron Collider Maximalenergie: 7 Tera-Elektronenvolt Geschwindigkeit: v=0, c 2808 Teilchenpakete mit je 1, Protonen Abstand: 25 ns 40 Millionen Kollisionen pro Sekunde 69 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
70 Large Hadron Collider 1232 supraleitende Magnete Magnetfeld: 8,3 T bei Ampère Betriebstemperatur: -271 C Länge: 15 m Gewicht: 35 t Preis: CHF Transport bei 3 km/h!...bis zu 15 km weit 70 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
71 Large Hadron Collider LHC-Temperatur Kälter als das Weltall! 71 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
72 Large Hadron Collider 72 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
73 Large Hadron Collider Weitere Daten: Energieverbrauch: 180 MW (= Kanton Genf) 360 MJ Energie gespeichert im Strahl (=ICE bei 200 km/h, schmilzt 500 kg Kupfer) Ultrahochvakuum größer als auf dem Mond Ramp down Pre-Injection Plateau Injection Ramp Squeeze Prepare Physics Physics 18 Mins 15 Mins 15 Mins 28 Mins 20 Mins 10 Mins 0-20 Hrs MB current Physics Beam dump Ramp down Preinjection plateau Injection Time [s] Start ramp Prepare Physics B [T] 73 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
74 74 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik Teilchendetektoren
75 75 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
76 CMS-Detektor Länge: 25 m Höhe: 16 m Gewicht: t Mitarbeiter: 2310 Wissenschaftler 38 Staaten 175 Institute 55 aus Karlsruhe 76 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
77 CMS-Detektor 77 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
78 CMS-Detektor Strahlrohr 78 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
79 CMS-Detektor Spurdetektoren 79 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
80 CMS-Detektor Spurdetektoren Streifen und Pixel aus Silizium (= Digitalkamera ) Fläche: 220 m 2 60 Millionen elektronische Kanäle Länge: 6 m 40 Mio. Fotos pro Sekunde 80 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
81 CMS-Detektor Spurdetektoren 81 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
82 CMS-Detektor Kalorimeter 82 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
83 CMS-Detektor Kalorimeter Teilchen regen spezielle Materialien zur Lichtemission an Messung der Energie ionisierendes Teilchen Photodetektor Szintillator Lichtleiter 83 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
84 CMS-Detektor Kalorimeter 84 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
85 CMS-Detektor Spule 85 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
86 CMS-Detektor Myonkammern 86 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
87 Kalorimeter Myonkammern Gasdetektor = Geiger-Müller-Zählrohr Außenelektrode Innenelektrode Füllgas ionisierendes Teilchen Signal U 0 87 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
88 Kalorimeter Myonkammern Vieldraht-Proportionalkammer ionisierendes Teilchen Anodendrähte Kathodendrähte 88 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
89 CMS-Detektor 89 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
90 Bestimmung von Impuls und Ladung B r 90 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
91 Bestimmung von Impuls und Ladung F L = F Z B r q v B q B r = = m v r 2 m v = r p 91 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
92 92 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik Technologietransfer
93 Technologietransfer 93 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
94 Technologietransfer World Wide Web 94 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
95 Technologietransfer Medipix-Kamera 95 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
96 Technologietransfer Teilchenbeschleuniger in der Medizin 96 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
97 Technologietransfer Teilchenbeschleuniger in der Industrie Polymerisation von Kunststoffen Sterilisierung von Lebensmitteln und medizinischen Geräten Dotieren von Halbleitern Werkstoffüberprüfung 97 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
98 Technologietransfer Das Grid 98 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
99 Large Hadron Rap 99 Der Large Hadron Collider Institut für Experimentelle Kernphysik
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