Geschichte der Teilchenphysik bis zum Standardmodell

Transkript

1 Martin Lamprcht dr Tilchnphysik bis zum Standardmodll Hauptsminar Hochnrgi-Tilchnphysik

2 GRUNDLAGEN

3 Grundlagn Tilchn produzirn Krnraktorn (hir: Druckwassrraktor) Kosmisch Strahlnschaur Tilchnbschlunigr (hir: LHC am CERN)

4 Grundlagn Tilchn dtktirn Gigr-Müllr Müllr-Zählrohr Blasnkammr Photomultiplyr Crnkov-Zählr

5 GESCHICHTE

6 Übrblick Di klassisch Ära ( ) Das Photon ( ) Msonn ( ) Antitilchn ( ) Nutrinos ( ) Sltsam Tilchn ( ) Eightfold Way ( ) Das Quarkmodll (1964) Novmbrrvolution & danach ( ) Austauschtilchn (1983) Standardmodll (1978 hut) Statuslist: Wissnsstand zur btrachttn Zit Baryonn Msonn p n K Austauschtilchn Quarks u d s c b t

7 Di klassisch Ära ( ) ELEKTRON PROTON NEUTRON J.J. Thomson Ernst Ruthrford ( ) 1937) Jams Chadwick Kathodnstrahlröhr Ruthrford-Struxprimnt (1910) Atomkrn: Protonn und Nutronn Baryonn p n

8 Das Photon ( ) Ultraviolt Classical Catastroph compard with xprimnt 3E-18 2,5E-18 in in t t n s it it y / / u n it it fr q ra ra n g 2E-18 1,5E-18 1E-18 5E-19 intnsity classical Comptonffkt 0 0 5E+12 1E+13 1,5E+13 2E+13 2,5E+13 3E+13 frquncy Ultraviolttkatastroph Photoffkt Baryonn p n Austauschtilchn

9 Msonn ( ) Was hält dn Atomkrn zusammn? Wlch Eignschaftn hat das Fldquant? kurz Richwit => m 300m- 1/6 m p Hidki Yukawa schwach Lpton???... Lpton Mass Lbnsdaur Baryonn p n Msonn K Austauschtilchn

10 Antitilchn ( ) Paul Dirac 2 2 E = ± p c + Dutung: m Lösungn mit ngativr Enrgi. 2 c ngativ Enrginivaus gfüllt von unndlichm Elktronns. Pauli-Prinzip vrhindrt absackn ins ngativ. Problm: Löchr im S? Proton zu schwr Kin Tilchn mit q=+ und m=m bkannt. 4 Lösung: 1932 Carl Andrson: Entdckung ds Positrons. B Positron-Spur durch Nblkammr 1955 am Brkly Bvatron: Erzugung ins Antiprotons am CERN: Hrstllung ins Anti-Wassrstoff-Atoms. Baryonn p n Msonn K Austauschtilchn

11 Nutrinos ( ) Wolfgang Pauli Bta-Zrfall Enrico Frmi ν ν ν ν µ zahlrhaltung familinzahlrh. Baryonn p n Msonn K Austauschtilchn

12 Sltsam Tilchn ( ) K 0 π + + π K + π + Λ p + π π π Witr schwr Baryonn wrdn in dn nächstn Jahrn ntdckt: usw... Σ, Ξ, Sltsam: Tilchn wrdn schnll produzirt (~10-23 s), zrfalln abr shr langsam (~10-10 s). Entsthn stark, zrfalln schwach. Strangnss stark rhaltn schwach nicht rhaltn Baryonn p n Msonn K Austauschtilchn

13 Eightfold Way ( ) Murray Gll-Mann Baryonn-Okttt Baryonn- Dkupltt Anordnung dr Tilchn in wildn gomtrischn Mustrn nach Ladung und Strangnss. Msonn- Okttt Baryonn p n Msonn K Austauschtilchn

14 Das Quarkmodll (1964) Warum passn di Hadronn in di Mustr ds Eightfold Way? s = 0 d u s = 1 s 3 Quarks = Baryon Quark + Antiquark = Mson s = 1 s 1 Q = 3 Q = 2 3 s = 0 u 2 Q = 3 d 1 Q = 3 Problm: z.b.: ++ u u u 3 Frmionn im slbn Zustand widrsprchn dm Pauli-Prinzip. Prinzip. All natürlich vorkommndn Tilchn sind FARBLOS. Austauschtilchn Quarks u d s c b t

15 Novmbrrvolution & danach ( ) Nov. 74: Entdckung ds Shr Lang Lbnsdaur -Msons Enthält in nus Quark: Charm Charm Witr Entdckungn: 1975 nus Lpton: Tauon Nutrino mit ignn 1977 gfundns Upsilon nthält fünfts Quark: Bauty bzw. Bottom 1995 Nachwis ds 6tn Quarks ( Top ) am TEVATRON Chicago. Austauschtilchn Quarks u d s c b t

16 Austauschtilchn (1983) Schwach Austauschtilchn: W +, W -, Z 0 (1983 am CERN nachgwisn) Shldon Glashow Stvn Winbrg Abdus Salam Austauschtilchn Quarks u d s c b t

17 Standardmodll (1978 hut) Austauschtilchn Quarks u d s c b t

18 AUSBLICK

19 Ausblick Mystry Mson

20 Qulln u.a.: Griffith: Introduction to Elmntary Particls (Wily & Sons) Microsoft Encarta 99 CD-ROM crn.chch Michal Fowlr: Blackbody Radiation ( /252/black_body_radiation radiation.html) rlangn.d/grundl_d d_tph/titlsit.html