Ladungen, Wechselwirkungen und Teilchen. Das Standardmodell der Teilchenphysik im Schulunterricht. Philipp Lindenau MNU Herbsttagung Köln

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1 Ladungen, Wechselwirkungen und Teilchen Das Standardmodell der Teilchenphysik im Schulunterricht Philipp Lindenau MNU Herbsttagung Köln Herzlich Willkommen

2 Inhalte 1. Vorstellung Netzwerk Teilchenwelt + Angebote 2. Vortrag: Standardmodell in der Schule 3. Auswertung von Blasenkammeraufnahmen mit GeoGebra 2

3 Netzwerk Teilchenwelt Kiel Spitzenforschung, Erkenntnisvermittlung und Nachwuchsgewinnung aus einer Hand Projektziele: Faszination von Astro-/Teilchenphysik erleben Wissenschaft kommunizieren Forschung vor Ort und im Unterricht Wertschätzung von Erkenntnisgewinn durch Grundlagenforschung 3

4 Netzwerk Teilchenwelt Kiel Netzwerk zwischen Wissenschaftlern Jugendlichen & Studierenden Lehrkräften 29 Institute in 12 Bundesländern + CERN Leitung: TU Dresden Seit 2010 Duisburg-Essen 4

5 Netzwerk Teilchenwelt Kiel pro Jahr arbeiten mit Originaldaten und/oder Teilchendetektoren > 5000 Jugendliche ca. 250 in Vertiefungsstufen, 60 bei CERN-Workshops 10 Forschungsprojekte am CERN, 8 an den Standorten 120 registrierte Fellows (-> Studierende) Aktivitäten für ca. 300 Lehrkräfte (Fortbildungen, CERN Summer School, Unterrichtsmaterial) Duisburg-Essen 5

6 Das Konzept: Stufenprogramm Forschen Vertiefungsprogramm Vermitteln Qualifizierungsprogramm Erleben Basisprogramm 6

7 Basisprogramm: Masterclass Eintägige Veranstaltung in Schulen Durchgeführt von Nachwuchswissenschaftler/inne/n Einführungsvorträge Eigene Auswertung von Daten der LHC-Experimente des Pierre Auger Observatoriums des IceCube Experiments Auch als Lehrerfortbildung Über 700 Masterclasses wurden bisher durchgeführt 7

8 Mehrstufiges Angebot für Jugendliche 8

9 Mehrstufiges Angebot für Lehrkräfte 9

10 Astroteilchen-Projekte Szintillator-Experiment CosMO und Kamiokanne -Experiment Zur Ausleihe nach vorheriger Fortbildung Geeignet für kleinere Gruppen in allen Programmstufen Verschiedene Messungen (Winkel, Lebensdauer, Abschirmung) Nebelkammer-Sets Kamiokannen Szintillationszähler Nebelkammer 10

11 Fortbildungen: Forschung trifft Schule in Kooperation mit Dr. Hans Riegel-Stiftung Basisprogramm: 2-tägiger Workshop Multiplikatoren Schulung 3-tägig XXX März 2018 in XXX Vertiefungsprogramm: CERN Summer School XXX August 2018 am CERN 11

12 Materialen von Netzwerk Teilchenwelt für den Unterricht Teilchensteckbriefe Materialsammlung Unterrichtsmaterial Teilchenphysik 4 Bände LEIFI Physik Portal Forum 12

13 Teilchensteckbriefe -fuer-lehrkraefte/teilchensteckbriefe/ Satz Teilchensteckbriefe bestehend aus 61 Karten: je 24 Materieund Anti-Materieteilchen, 12 Botenteilchen sowie dem Higgs-Teilchen Steckbriefe im handlichen Spielkartenformat Erhältlich als als Druckvorlage (Deutsch und Englisch) Bestellbar bei Netzwerk Teilchenwelt Handreichung mit Ergänzungen und Vorschlägen 13

14 Materialsammlung Kontextmaterialien Hintergrundinformationen und Arbeitsblätter zu Teilchenphysik Forschung und Anwendungen ATLAS - Detektor Handreichung zu Teilchensteckbriefen Erhältlich als Gedruckte Version Bestellbar bei Netzwerk Teilchenwelt Download als PDF 14

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16 Unterrichtsmaterial Teilchenphysik Kooperation mit der Joachim Herz Stiftung Laufzeit: enge Kooperation mit Lehrkräften (NTW-Alumni modulare Sammlung von Handreichungen für Lehrkräfte (4 Bände) Kostenfrei erhältlich Online Druckexemplar Bestellbar bei Netzwerk Teilchenwelt 3 Bände bereits erschienen Der letzte folgt in wenigen Wochen 16

17 Band 1: Ladungen, Wechselwirkungen und Teilchen Ca. 100 Seiten Hintergrundinformationen für Lehrkräfte Einführung in das Standardmodell Spiralcurriculum, didaktische und fachliche Hinweise Weitere Aufgabenblätter bald online Band 2: Forschungsmethoden (in Arbeit) Forschungsziele Beschleuniger Detektoren Zahlreiche Aufgaben 17

18 Band 3: Kosmische Strahlung 32 Seiten Fokus: Untersuchung von Myonen Hintergrundinfos für Lehrkräfte Fachtext für Schüler/innen Aktivitäten, Aufgaben und Lösungen 18

19 19

20 Ein Webinterface zur Datenauswertung Daten verschiedener Experimente auswerten und vergleichen einfacher Zugriff auf große Datenmenge kontinuierlich über langen Zeitraum, mit unterschiedlichen Experimenten, an unterschiedlichen Orten gemessen Experimente und Orte Trigger-Hodoskop, CosMO-Mühle und LIDO bei DESY in Zeuthen Szintillationszähler und Neutronenmonitor auf Forschungsschiff Polarstern und Südpolstation Neumayer III Tutorials und Beschreibung der Experimente MNU Herbsttagung - Köln 20

21 Eigenständig Arbeiten mit Daten von Zuhause bzw. im Klassenzimmer mit echten Daten arbeiten auch für Jugendliche und Lehrkräfte, die keinen Zugang zu den Astroteilchen-Experimenten haben geeignet für Projektwochen, Besondere Lernleistungen (BELL), 5. Prüfungskomponente zum Abitur, Jugend-Forscht Beiträge Seminar-/Fach- und Forschungsarbeiten, in Kombination mit den entwickelten Unterrichtsmaterialien zur Kosmischen Strahlung einsetzbar MNU Herbsttagung - Köln 21

22 Kontakt:

23 Band 4: Mikrokurse 28 Seiten 4 Kurse Zeitbedarf 1-2 Unterrichtsstunden Anknüpfung an klassische Lehrplanthemen, z.b. waagerechter Wurf mit Anti-Wasserstoff mit Aufgaben und Lösungen 23

24 LEIFI Physik Portal seit 9/2013 mit Joachim Herz Stiftung über 40 Seiten Texte u. Animationen nach NTW Konzept Musteraufgaben 24

25 Forum Diskussion zu unseren Materialien Teilen und diskutieren eigener Unterrichtsideen Ideen und Anregungen zur Verbesserung der Arbeit von NTW Klärung von fachlichen Fragen Bitte selbständig registrieren, an mit Ihrem Forum-Benutzernamen und dem Stichwort "Forum Unterrichtsmaterial Teilchenphysik". Bitte teilen Sie uns auch mit zu welcher Schule Sie gehören. 25

26 PROJEKTLEITUNG PARTNER SCHIRMHERRSCHAFT FÖRDERER

27 PROJEKTLEITUNG PARTNER Newsletter SCHIRMHERRSCHAFT FÖRDERER

28 Elementarteilchenphysik im neuen Rahmenlehrplan in NRW Quelle:

29 Quelle:

30 Was ist Physik? Physik versucht die Wirklichkeit / Welt zu beschreiben Am Besten: Möglichst einfach 30

31 Vereinheitlichungen in der Physikgeschichte Newtonsche Mechanik (17. Jhd.): irdische Fallgesetze (Galilei) und Bewegung der Himmelskörper (Kepler) als Folgen der Gravitation Elektromagnetismus (19. Jhd.): Zusammenfassung elektrischer und magnetischer Phänomene u.a. durch J. C. Maxwell Relativitätstheorie (20. Jhd.): Vereinheitlichung von Raum und Zeit zur Raumzeit und von Masse und Energie (E = mc²) durch A. Einstein 31

32 Vereinheitlichungen Alle Vorgänge / Phänomene lassen sich auf 4 Wechselwirkungen zurückführen Hangabtriebskraft, Wasserkraft, Gasdruck, Radiowellen, Luftreibung, Radioaktive Umwandlungen, 4 Fundamentale Wechselwirkungen 32

33 Das Standardmodell der Teilchenphysik Das Standardmodell Elegantes Theoriegebäude ( Quantenfeldtheorie ) mit großer Vorhersagekraft angereichert mit experimentellen Erkenntnissen Beschreibt alle bekannten Wechselwirkungen auf Teilchenebene Wurde 1960er und 1970er Jahren entwickelt. Seitdem in zahlreichen Experimenten überprüft und bestätigt 33

34 Einschub: Größenordnungen 34

35 Die drei Basiskonzepte des Standardmodells Ladungen Wechselwirkungen Elementarteilchen unterliegen beeinflussen 35

36 Fußball - Analogie Wie erklärt man jemandem etwas Unbekanntes? z.b. Fußball... Man beginnt nicht mit der Anzahl der Spieler oder gar deren Positionen, sondern mit den Grundregeln Spieler = Elementarteilchen Regeln = Wechselwirkungen, Erhaltungssätze,... Wieso also bei der Behandlung des Standardmodells damit beginnen?? Nur u,d,e sind für Aufbau der Materie nötig Warum es genau diese Teilchen gibt, kann nicht vorhergesagt werden (nicht verstanden!) u d n e c s n m t b n t g g Z H e m t W 36

37 Fußball - Analogie Das Standardmodell ist eine Theorie der Ladungen und Wechselwirkungen, weniger eine Theorie der Elementarteilchen selbst. 37

38 Die drei Basiskonzepte des Standardmodells Ladungen Wechselwirkungen Elementarteilchen unterliegen beeinflussen 38

39 Basiskonzept: Wechselwirkung Basiskonzept: Wechselwirkung = Kraft + Umwandlung + Erzeugung + Vernichtung Umfasst die Phänomene Kraft (Vektor) Umwandlung von Teilchen ineinander Erzeugung von Materie + Antimaterie Vernichtung in Botenteilchen (z.b. Coulomb-Kraft) (z.b. b-umwandlung) (z.b. Elektron + Positron) (z.b. PET: 2 Photonen) Begriffe Kraft und Wechselwirkung sind klar zu trennen Kraft ist nur ein Aspekt von Wechselwirkung Kraft nur dort verwenden, wo wirklich Kraft gemeint ist 39

40 Vereinheitlichungen Alle Vorgänge / Phänomene lassen sich auf 4 Wechselwirkungen zurückführen Hangabtriebskraft, Wasserkraft, Gasdruck, Radiowellen, Luftreibung, Radioaktive Umwandlungen, 4 Fundamentale Wechselwirkungen Standardmodell (ohne Gravitation) 40

41 Ausgangspunkt: Zwei Bekannte Wechselwirkungen Elektromagnetische Wechselwirkung Gravitation ev als Einheit 41

42 Einschub: Elektronenvolt 1 ev ist die Energie, die ein Elektron gewinnt, wenn es eine Potenzialdifferenz von 1 Volt durchläuft. 1 ev = 1, Joule 1 GeV = 10 9 ev 1 TeV = ev Wegen E=mc² können Massen in ev/c² angegeben werden! (c: Lichtgeschwindigkeit) Elektron 0,5 MeV/c² Proton 938 MeV/c² ~ 1 GeV/c² Higgs-Teilchen ~125 GeV/c² e V 42

43 Die Starke Wechselwirkung Warum halten die 8 Protonen im Sauerstoffkern zusammen, obwohl sie sich elektromagnetisch abstoßen? Einführung: starke Wechselwirkung (hier schon bzgl. Quarks des Protons) 43

44 Einschub: Experimenteller Nachweis von Quarks α-strahler Goldfolie Detektor Rutherford-Streuexperiment (1911) Streuung von a-teilchen an Goldatomen Entdeckung des Atomkern Experiment am SLAC (1969) Streuung von Elektronen an Protonen Entdeckung der Quarks 44

45 Bindung von Nukleonen Zusammenhalt von Nukleonen analog zur Elektronenpaarbindung bei Atomen Kurze Abstände: Nukleonen im Kern teilen sich kurzzeitig ein Quark-Paar Größere Abstände: Austausch von Quarks ( Pionen ) Quark Nukleon Nukleon 45

46 Die Schwache Wechselwirkung Warum scheint die Sonne? 4 Protonen fusionieren zu 4 He + 2e + + 2n e Wie verwandelt sich ein Proton in ein Neutron? Einführung: schwache Wechselwirkung (z.b. Quarks der Nukleonen bei r ~ fm) z.b. b + -Umwandlung 4p 4 He + 2e + + 2n e 46

47 Die 4 fundamentalen Wechselwirkungen Elektromagnetische WW Gravitation Schwache WW Starke WW 47

48 Vergleich der potenziellen Energien 48

49 Vergleich der potenziellen Energien bei sehr kleinen Abständen (Achsen jeweils mit Faktor 25 gedehnt bzw. gestaucht) 49

50 Die drei Basiskonzepte des Standardmodells Ladungen Wechselwirkungen Elementarteilchen unterliegen beeinflussen 50

51 Basiskonzept der Ladung Ladungszahl als charakteristische Teilcheneigenschaft Bekannt: Elektrische Ladung Q = Z e Elektrische Ladungszahl Elementarladung 51

52 Konzept der Ladung Erweiterung auf andere Wechselwirkungen Coulombsches Gesetz: F C = α em = e2 1 4 π ϵ 0 ħ c 137 e2 Z 1 Z 2 4 π ϵ 0 r 2 = ħ c α em Z 1 Z 2 r 2 Kopplungsparameter (Feinstrukturkonstante) Einführung eines Kopplungsparameters α auch für andere Wechselwirkungen α w, α S, α grav 52

53 Erweiterung: Konzept der Ladung Einführung: eines Kopplungsparameters α auch für andere Wechselwirkungen α w, α S, α grav Wechselwirkung Kopplungsparameter α Gravitation α grav ,, 1 elektromagnetisch α em stark α s schwach α w

54 Konzept der Ladung Erweiterung auf andere Wechselwirkungen Coulombsches Gesetz: F C = α em = e2 1 4 π ϵ 0 ħ c 137 e2 Z 1 Z 2 4 π ϵ 0 r 2 = ħ c α em Z 1 Z 2 r 2 Kopplungsparameter (Feinstrukturkonstante) Einführung eines Kopplungsparameters α auch für andere Wechselwirkungen α w, α S, α grav Einführung: Zu jeder Wechselwirkung existiert eine Ladung Ladungszahl als charakteristische Teilcheneigenschaft 54

55 Erweiterung: Konzept der Ladung Einführung: Zu jeder Wechselwirkung existiert eine Ladung Ladungszahlen bzw. -vektoren als charakteristische Teilcheneigenschaften Bekannt: Elektrische Ladung Neu: Schwache Ladung Starke (Farb-)Ladung elektrische Ladungszahl schwache Ladungszahl starker Farbladungsvektor Z I ԦC Produkt zweier Ladungen kann positiv oder negativ sein 55

56 Ladung der Gravitation? Warum kann die Masse m eines Teilchens nicht die Ladung der Gravitation sein? Schulniveau: Masse ist keine Erhaltungsgröße Produkt zweier Massen kann nicht negativ sein 56

57 Konzept der Ladung Ladungen sind charakteristische Teilcheneigenschaften Teilchen nehmen nur dann an einer bestimmten Wechselwirkung teil, wenn sie die Ladung der entsprechenden Wechselwirkung besitzen Und: Ladungen dienen als Ordnungsprinzip für Teilchen Ladungen sind fundamentale Erhaltungsgrößen Grundlage der Symmetrien des Standardmodells 57

58 Die drei Basiskonzepte des Standardmodells Ladungen Wechselwirkungen Elementarteilchen unterliegen beeinflussen 58

59 Die 4 fundamentalen Wechselwirkungen Elektromagnetische WW Gravitation Schwache WW Warum erfahren wir nur Gravitation und Elektromagnetismus Starke WW im Alltag? 59

60 Kräfte der Wechselwirkungen Basiskonzept: Wechselwirkung = Kraft + Umwandlung + Erzeugung + Vernichtung Grenze exper. Auflösung Protondurchmesser *Wir sind ~1m weiter dort 60

61 Kräfte der Wechselwirkungen Basiskonzept: Wechselwirkung = Kraft + Umwandlung + Erzeugung + Vernichtung Alle Kraftgesetze beinhalten den Abstand r Bei kleinen Abständen F ~ 1/r 2 Reichweiten sind Konsequenzen dieser Kraftgesetze Unendlich: im Alltag spürbar Endlich: nur subatomar Reihenfolge der Stärken Kann für Kräfte nicht definiert werden wegen F(r) Kann nur für Wechselwirkungen definiert werden: a! Stärken aller Wechselwirkungen sehr ähnlich (außer für Gravitation) 61

62 Stärke der Wechselwirkungen Einführung: eines Kopplungsparameters α auch für andere Wechselwirkungen α w, α S, α grav Warum erfahren wir nur Wechselwirkung Gravitation Kopplungsparameter und α Gravitation α grav ,, Elektromagnetismus im Alltag? elektromagnetisch α em stark α s 1 5 schwach α w

63 Die 4 fundamentalen Wechselwirkungen Wechselwirkung Potential Reichweite gravitativ E Pot r = ħ c α grav 1 r elektromagnetisch E Pot r = ħ c α em Z 1 Z 2 r stark E Pot r = ħ c α s ԦC 1 ԦC 2 r schwach E Pot r = ħ c α w I 1 I 2 r unendlich unendlich + kr m r eλ w m 63

64 Ausgangspunkt: Geometrische Betrachtung Klassische Physik: Feldlinien, hier elektromagnetische WW Dichte der Feldlinien ist proportional zur Stärke der Kraft Idee Ladung im Zentrum Kugeloberfläche A = 4πr 2 F ~ 1 4 π r 2 Stimmt bei F C = ħ c α em Z 1 Z 2 r 2 Feldlinie Äquipotentiallinie 64

65 Schwierigkeiten des Feldlinienbilds Stark Kraft konstant Feldliniendichte wird konstant Feldlinien entstehen spontan Schwach Kraft strebt rasch gegen Null Feldlinien enden im Nichts 65

66 Übergang: Feldlinien zu Botenteilchen Einführung: Wechselwirkungen werden von Botenteilchen übermittelt Bekannt ist: Energie E und Impuls Ԧp vorher Energie E und Impuls Ԧp nachher Energiedifferenz DE und Impulsdifferenz Δ Ԧp wird durch Botenteilchen übertragen 66

67 Übergang: Feldlinien zu Botenteilchen Einführung: Wechselwirkungen werden von Botenteilchen übermittelt Bekannt ist: Energie E und Impuls Ԧp vorher Energie E und Impuls p nachher Energiedifferenz DE und Impulsdifferenz Δ Ԧp wird durch Botenteilchen übertragen DE, Δ Ԧp E, Ԧp E,p 67

68 Ausgangspunkt: Elektromagnetische Wechselwirkung Botenteilchen (Photon) ist masselos ungeladen I Vergleich schwache WW: E Pot r = ħ c α 1 I 2 w eλw r Grund: Massereiche Botenteilchen (W- und Z- Teilchen) verursachen kurze Reichweite Compton-Wellenlänge λ W = ħ 0,0024 fm m w c Exakte Argumentation schwierig. Mathematische Herleitung möglich, liegt außerhalb der hier behandelten The men r 68

69 Schwache Wechselwirkung Klassisches Analogon: Abschirmung von Feldlinien Abschirmung von (unendlichen) Feldlinien durch entgegengesetzte Feldlinien Brout-Englert-Higgs Feld schirmt schwache Ladungen ab

70 Ausgangspunkt: Elektromagnetische Wechselwirkung Botenteilchen (Photon) ist masselos ungeladen E Pot r = ħ c α em Z 1 Z 2 r Vergleich: Stark E Pot r = ħ c α s ԦC 1 ԦC 2 r + kr Grund: die Botenteilchen besitzen selbst starke Ladung 70

71 Starke Wechselwirkung E Pot r = ħ c α s ԦC 1 ԦC 2 r + kr Botenteilchen (Gluonen) besitzen selbst starke Ladung Gluonen können selbst Gluonen abstrahlen Sie wechselwirken miteinander Es entsteht ein Schlauch Feldliniendichte bleibt konstant ~1/r² Konstanter ~1/r² Bereich 71

72 Starke Wechselwirkung r ~ 0,2fm ԦC E Pot r = ħ c α 1 ԦC 2 s + kr r Linearer Term, dominiert ab r 0,2 fm Die im Feld gespeicherte Energie steigt linear Genügend Energie um neue Teilchen(-paare) zu erzeugen! Einführung: Confinement r ~ 1fm 72

73 Zusammenfassung: Wechselwirkungen Alle bekannten Vorgänge im Universum lassen sich auf 4 fundamentale Wechselwirkungen zurückführen (Gravitation, elektromagnetische, schwache und starke WW) 3 dieser Wechselwirkungen werden im Standardmodell der Teilchenphysik beschrieben und besitzen sehr ähnliche Grundprinzipien Nur 2 Wechselwirkungen besitzen eine unendliche Reichweite, während die beiden anderen auf subnukleare Abstände beschränkt sind Die Wechselwirkungen des Standardmodells werden durch Ladungen hervorgerufen 73

74 Die drei Basiskonzepte des Standardmodells Ladungen Wechselwirkungen Elementarteilchen unterliegen beeinflussen 74

75 Konzept der Ladung Ladungen sind charakteristische Teilcheneigenschaften Teilchen nehmen nur dann an einer bestimmten Wechselwirkung teil, wenn sie die Ladung der entsprechenden Wechselwirkung besitzen Und: Ladungen dienen als Ordnungsprinzip für Teilchen Ladungen sind fundamentale Erhaltungsgrößen Grundlage der Symmetrien des Standardmodells 75

76 Elektrische Ladung Übersicht über die elektrischen Ladungszahlen Z einiger Anti-/Materieteilchen Elektrische Ladung ist gequantelt 76

77 Schwache Ladung Materieteilchen besitzen entweder eine schwache Ladungszahl von I = oder I = 1 2 alle Materieteilchen nehmen an der schwachen WW teil Schwache Ladung ist gequantelt 77

78 Starke Ladung Quarks und Anti-Quarks besitzen eine starke Ladung (auch: starke Farbladung ) Farbgitter: Exp: Alle starken Ladungen haben gleichen Betrag (aus WWirkung) 3 Ladungen addieren sich zu 0 (Protonen und Neutronen bspw. bestehen aus 3 Quarks) geht nur mit Vektoren 78

79 Starke Ladung Farbladungsvektoren von Quarks 79

80 Starke Ladung Farbladungsvektoren von Anti-Quarks 80

81 Alle Ladungen sind additiv Beispiel: Ladungszahlen eines Protons p(u, u, d) Elektrische Ladungszahl: Z p = Z u + Z u + Z d = = +1 Schwache Ladungszahl: I p = I u + I u + I d = = Starker Farbladungsvektor: ԦC p = ԦC u + ԦC u + ԦC d = + + = = 0 81

82 Alle Ladungen sind jeweils erhalten Beispiel: β -Umwandlung n p + e + തν e Elektrische Ladungszahl: = 0 Schwache Ladungszahl: Starker Farbladungsvektor: = = 0 82

83 eindeutige Vorhersage möglich, ob bestimmte Prozesse erlaubt oder unmöglich sind (und sogar ihrer Wahrscheinlichkeiten) aus Energie- und Impulserhaltung Erhaltung aller drei Ladungen 83

84 Zusammenfassung: Ladungen Drei verschiedene Ladungen Elektrisch Schwach Stark Ladungen sind Additiv Erhalten Vorhersage von erlaubten Prozessen Gequantelt Antimaterie: Alle Ladungen entgegengesetzt 84

85 Die drei Basiskonzepte des Standardmodells Ladungen Wechselwirkungen Elementarteilchen unterliegen beeinflussen 85

86 Darstellung durch Botenteilchen Wechselwirkungen werden von Botenteilchen übermittelt Bekannt ist: Energie, Impuls, Ladungen vorher Energie, Impuls, Ladungen nachher Differenzen werden durch Botenteilchen übertragen Feynman Diagramme DE, Δ Ԧp, ΔZ, ΔI, Δ ԦC E, Ԧp, Z, I, ԦC E,p, Z, I, C 86

87 Prozesse β - Umwandlung 87

88 Prozesse β - Umwandlung 88

89 Die drei Basiskonzepte des Standardmodells Ladungen Wechselwirkungen Elementarteilchen unterliegen beeinflussen 89

90 Ordnung der Elementarteilchen Materieteilchen der uns umgebenden Materie: u, d, e, ν e 1936: Entdeckung des Myons µ - (Rabi: who ordered that? ) Gleiche Ladungszahlen wie das Elektron, aber ~200 Mal schwerer Schwere Kopie des Elektrons 1961: Nachweis des Myon-Neutrinos ν µ 1961: Postulierung von Up-, Down- und Strange-Quarks 1964: Entdeckung des W - (sss) 1975: Entdeckung des Tauons: schwere Kopie des Myons : weitere schwere Kopien der Up- und Down-Quarks 1974: Charm 1977: Bottom 1994: Top 2000: Nachweis des Tauon-Neutrinos νt 90

91 Teilchenzoo oder Ordnung? Entdeckung weiterer Teilchen ausschließlich schwere Kopien der Up- und Down- Quarks sowie des Elektrons und des Elektron- Neutrinos Von jedem der leichten Materieteilchen (u, d, e, ν e ) gibt es je zwei Kopien, die größere Massen besitzen. Wie lassen sich Teilchen ordnen? Gleiche Ladungen Gleiche Eigenschaften 91

92 Anordnung von Teilchen in Generationen 92

93 Ordnungsschema: Analogie zum Periodensystem Teilchen sind nach Ladungen geordnet analog den chemischen Elementen in die Hauptgruppen Im PSE sind die chemischen Elemente innerhalb einer Hauptgruppe von oben nach unten nach ihrer Masse aufsteigen geordnet 93

94 PROJEKTLEITUNG Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! PARTNER SCHIRMHERRSCHAFT FÖRDERER

95 Diskussion / Fragen 95

96 PROJEKTLEITUNG Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! PARTNER SCHIRMHERRSCHAFT FÖRDERER