Michael Kobel Technische Universität Dresden. Folien, 1. Vorlesung

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Rosa Neumann
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Fakultät Mathematik und Naturwissenschaften, Fachrichtung Physik Teilchen- und Kernphysik für Lehramt Staatsexamen (GYM, BBS, MS) (Modul Aufbau des Universums MN-SE.

1 Fakultät Mathematik und Naturwissenschaften, Fachrichtung Physik Teilchen- und Kernphysik für Lehramt Staatsexamen (GYM, BBS, MS) (Modul Aufbau des Universums MN-SE..-PHY-Univ) Master of Education (GYM, BBS) (Modul Struktur der Materie Ph-Struktur-LA) Michael Kobel Technische Universität Dresden Folien, 1. Vorlesung Organisatorisches Homepage der Vorlesung ist in OPAL dient als zentrale Informationquelle für alle und alles Übungen bitte *alle* in eine der Gruppen einschreiben, erzeugt Mailingliste (derzeit erst 27 eingeschrieben) Übungsaufgaben (1. Blatt seit gestern online) Werden zukünftig zwischen Fr~So für nächste Übung (Mi+Mo) eingestellt Bitte unbedingt zumindest versuchen, sie *vor* der Übung zu lösen In der Übung erfolgt eine *gemeinsame* Lösung -> aktive Teilnahme! Diskussionsmöglichkeit zur Vorlesung Stellen Sie Fragen! Auch in der Vorlesung In jeder Übung sollte 10 min Zeit für Fragen zur Vorlesung sein Nutzen Sie das Forum in OPAL, insb. auch vor Prüfungen Nutzen Sie die Diskussionsgelegenheit nach den AMCS Fragen (s.u.) Literatur siehe Literaturliste (SLUB, Buch und online) in OPAL Besonders wichtig ab 2. Vorlesung: Band 1-2 Unterrichtsmaterialien des Netzwerk Teilchenwelt (in OPAL im Wiki und Literatur verlinkt) TU Dresden, WiSe 17/18 Michael Kobel 2 1

Netzwerk Teilchenwelt (www.teilchenwelt.

Messungen mit echten Daten der (Astro-)Teilchenphysik Gelegenheit zu vertiefter Mitarbeit bis hin zu CERN Aufenthalten Entwicklung von

Abschlussarbeiten für Lehramt-Studierende TU Dresden, WiSe 17/18 Michael Kobel 3 Prüfungsleistungen Master (auslaufend, evtl niemand mehr?

15 min Referat Themen sind in OPAL eingestellt, es folgen aber noch weitere! Auch Termine werden sich noch (leicht) ändern!

2 Netzwerk Teilchenwelt ( ) geleitet am IKTP der TU Dresden Ein Netzwerk zwischen Wissenschaftler/innen Jugendlichen (15-19 Jahre) Studierenden (Lehramt und Fach) Lehrkräften Kommt in Schulen an jeden Ort! Begleitet Fellows im Studium u.a. Messungen mit echten Daten der (Astro-)Teilchenphysik Gelegenheit zu vertiefter Mitarbeit bis hin zu CERN Aufenthalten Entwicklung von Unterrichtsmaterialien für Schulen und Fortbildungen für Lehrkräfte Möglichkeit eigener Forschungsarbeiten für Schüler/innen Möglichkeit von Abschlussarbeiten für Lehramt-Studierende TU Dresden, WiSe 17/18 Michael Kobel 3 Prüfungsleistungen Master (auslaufend, evtl niemand mehr?) Eine 45 min mündliche Prüfung, gemeinsam mit Festkörperphysik ( Struktur der Materie, 2 ) Staatsexamen Eine schriftliche Klausur über 120 min Ein 15 min Referat Themen sind in OPAL eingestellt, es folgen aber noch weitere! Auch Termine werden sich noch (leicht) ändern! Jedes Thema ist 2 Mal vorhanden, - wird es 2 Mal gewählt, dann je 1 Referat Mo und Mi in Übung - Wird es 1 Mal gewählt, dann Referat in der Vorlesung OPAL bietet eine Vorab-upload zur Ansicht und Kommentierung durch die Betreuer/innen, bitte *unbedingt* nutzen (+ )! In jedem Fall Der Stoff der Referate ist auch Prüfungsstoff (für mündl. Prüfung und Klausur) Lesen sie viele Literatur / Bücher und denken sie *selber* über Begriffsbildungen nach. Es herrscht da leider (noch) Chaos. TU Dresden, WiSe 17/18 Michael Kobel 4 2

3 Interaktives Auditorium Mobile Classroom AMCS Um-, Lern- und Test-Fragen (anonym) als Lernhilfe Kursfragen (dauerhaft, wie z.b. Studiengang) Veranstaltungsfragen (vor/während/nach einer bestimmten Vorlesung) Folienfragen (für eine kurze Zeit live zum sofort-antworten) Bitte registrieren Sie sich *jetzt* im Mobile Classroom der TUD bzw. Für Smartphones ist auch eine AMCS App verfügbar Der PIN für die Veranstaltung lautet Derzeit sollten Sie nach Einloggen falls noch nicht beantwortet im Browser mehrere Kurs- Und Veranstaltungsfragen sehen z.b. nach Ihrem Studiengang sehen TU Dresden, WiSe 17/18 Michael Kobel 5 Ziele der Vorlesung Physik = Verständnis des Universums Kern- und insb. Teilchenphysik: Suche nach den Antworten auf die fundamentalen Fragen der menschlichen Neugier: z.b. die Frage nach Aufbau, Zusammenhalt und Ursprung von allem Der Traum von der Weltformel Wie weit sind wir wirklich mit der Erkenntnis? Was sind die offenen Fragen? Physik ist einfach und elegant! Prinzip der Reduktion Wenige Konzepte beschreiben viele Phänomene oder sind auf andere Phänomene übertragbar (z.b. Ladung) Klare Begriffsbildung (wichtig für die Schule) Korrekte Definition und Verwendung von Begriffen essentiell Bitte diskutieren Sie mit! TU Dresden, WiSe 17/18 Michael Kobel 6 3

Ziel: Basiskonzepte zur Besachreibung finden

(hauptsächlich entwickelt von 1961-1973)

beeinflussen-- Basierend auf mathematischem

4 Ziel: Basiskonzepte zur Besachreibung finden Das Standardmodell der Teilchenphysik (hauptsächlich entwickelt von ) Ladungen Teilchen -- spüren -> <- beeinflussen-- Basierend auf mathematischem Noether-Theorem (1918) Symmetrie Erhaltungsgröße TU Dresden, WiSe 17/18 Michael Kobel 7 I.Einführung I.1. Überblick Wechselwirkungen Urknall Elektroschw. Kerne Phasenübergang entstehen Nukleonen entstehen Inflationäre Expansion Atome entstehen Sterne entstehen heute Zeit nach Urknall s s 10-5 s 3 min Jahre 1 Milliarde Jahre 13.8 Milliarden Jahre Energie= Temperatur TeV 1TeV 150 MeV 0,1MeV 1eV 1meV 0,25meV Energie des Large Hadron Collider (LHC) am CERN TU Dresden, WiSe 17/18 Michael Kobel 8 4

Rückblick zum Urknall Zeit nach dem Urknall Temperatur Teilchen Energie Damalige Größe des heute sichtbaren Universums 10-43 s 10 32 K 10 19 GeV Nadelspitze 10-36 s 10 28

001 GeV 1 Lichtjahr 1 min 10 9 K 0.0001 GeV 50 Lichtjahre im Bereich von Theorien durch Experimente gesichert 1 Jahr 10 6 K 0.0000001 GeV wie Milchstraße 100.000 Jahre 10.

5 Rückblick zum Urknall Zeit nach dem Urknall Temperatur Teilchen Energie Damalige Größe des heute sichtbaren Universums s K GeV Nadelspitze s K GeV Tennisball s K 10 9 GeV 50 km s K GeV wie Sonne s K 100 GeV 10-6 s K 1 GeV wie Sonnen -system 1s K GeV 1 Lichtjahr 1 min 10 9 K GeV 50 Lichtjahre im Bereich von Theorien durch Experimente gesichert 1 Jahr 10 6 K GeV wie Milchstraße Jahre K 1 ev 1 Million Lichtjahre heute 3 K 0.3 mev 14 Milliarden Lichtjahre TU Dresden, WiSe 17/18 Michael Kobel 9 Basiseinheiten (ACMS-2) TU Dresden, WiSe 17/18 Michael Kobel 10 5

Teilchenbeschleuniger: LHC LEP http://lhc-milestones.web.cern.

6 TU Dresden, WiSe 17/18 Michael Kobel 11 Das große Bild S S S S S LHC: Untersuchung des Universums s nach dem Urknall Teilchenbeschleuniger: LHC LEP Geschichte der Physik Zurück zum Urknall TU Dresden, WiSe 17/18 Michael Kobel 12 6

Klarstellung Was genau wird in Beschleunigern für 10-12 s nach dem Urknall nachvollzogen? a. Zustand des Universums?

7 Klarstellung Was genau wird in Beschleunigern für s nach dem Urknall nachvollzogen? a. Zustand des Universums? Nein, dazu wäre *ausgedehntes* heißes Volumen von K mit einer Massendichte von kg/cm 3 nötig (vgl. Kern der Sonne mit nur 10 7 K und Dichte von 0,1 kg/cm 3, selbst ein Atomkern ist mit kg/cm 3 ca 10 8 Mal weniger dicht!) (siehe auch: ) b. Einzelprozesse! Man misst einzelne Kollisionen mit den damals vorhandenen mittleren Energien der Teilchen. Daraus kann man Zustand und Entwicklung des Universums rechnerisch ermitteln. TU Dresden, WiSe 17/18 Michael Kobel 13 I.2. Grundlagen Spezielle Relativität I.2.1. Relativistische Teilchen TU Dresden, WiSe 17/18 Michael Kobel 14 7

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