LHC: Beschleuniger, Experimente, physikalische Ziele. Peter Mättig Bergische Universität Wuppertal
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- Emma Walter
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1 LHC: Beschleuniger, Experimente, physikalische Ziele Peter Mättig Bergische Universität Wuppertal
2 Das (?) größte Wissenschaftsprojekt LHC Beschleuniger: 26 km Umfang Experimente groß wie 5 Stockwerke Physiker aus allen Kontinenten,25 Jahre Arbeit
3 Atom ==> Kern ==> Quark Mikroskop Atome Atomkern Kernstruktur m 10-8 m m m?? Newtons Mechanik Quanten/Relativitäts theorie???
4 Wie wir sehen... Quelle von Licht Streuung von Licht an Molekülen Nachweis des gestreuten Lichts Detailschärfe hängt von Anzahl der Zäpfchen ab
5 In kleine Räume Hohe Auflösung erfordert kleine Wellenlänge Quantenmechanik: E = h/ ==> kleine Wellenlänge = hohe Energie Zur Anzeige wird der QuickTime Dekompressor Cinepak benöti gt. Zur Anzeige wird der QuickTime Dekompressor Cinepak benötigt. Beschleunigung auf 99,99999% der Lichtgeschwindigkeit
6 Der LHC I Pakete von Protonen 0,015 mm Durchmesser Gegenläufig Zusammenstoß an 4 Punkten Beachte: Technologie der 60er Jahre ==> km!
7 Der LHC II Teilchen müssen auf einem Kreis gehalten werden: Ca supraleitende Magnete: 1,9 K = -271,3 Celsius Beachte: Technologie der 80er Jahre ==> 120 km!
8 Der LHC III Wie oft treffen sich Teilchen im attometer Bereich? Fläche = r 2 ==> Höherer Energie kleine Wahrscheinlichkeit VIELE Teilchen: Alle 7 m: Protonen in mm ==> Gesamte Energie im Strahl 700 MJ i.e. Schmelzen von 1000 kg Kupfer (beachte: trotzdem supraleitende Umgebung!)
9 Die Auge der Teilchenphysik Detektoren: Schalenförmig, hermetisch
10 E = mc 2 Kinetische Energie kollidierende Teilchen ==> Umwandlung in Masse ==> Umwandlung in andere Teilchen Vermessung der Art und Energie der Teilchen: Bild des Attometers
11 Detektorschalen/Teilchenart Ein Detektor: Sehr viele einzelne Komponenten für umfassendes Bild An Universitäten und Instituten gebaut ==> am CERN zusammengebaut
12 Präzision Präzision: Teilchendurchgang auf 0,01 mm genau Frequenz: 40 Millionen Mal/Sekunde neue Kollision Zuverlässigkeit: Trotz Strahlenbelastung über Jahre Betrieb Bild eines Zusammenstoßes: Mit Technologie der 80er Jahre: Detektoren ca. 5x so groß! (und langsamer)
13 Datenmenge und Algorithmen Datenmenge: 40 Pbyte/Sekunde ==> schnelle Reduzierung durch intelligente Elektronik Selektion: nur 1 in 1 Millionen Ereignisse interessant Was übrig bleibt: 10 Petabyte/Jahr (ca PC - Daten) Auswertung durch komplizierte Algorithmen Weltweites Computingzentrum Unmöglich mit Technologie der 80er Jahre!
14 Die Welt in 0,01 femtometern Die Struktur der Materie in 1/100 des Atomkerns 0, m 12 Materieteilchen 3 Teilchen zur Übertragung der Kräfte 1 Teilchen zur Erzeugung von Masse Ein einfaches und konsistentes Bild! DAS STANDARD MODELL Alle Messungen sind verstanden! Abschluß von 100 Jahren Wissenschaft (Quantenmechanik, Relativitätstheorie,...) Einmalig in der Wissenschaftsgeschichte
15 12 Materie - Teilchen Erstes Lepton 1896: Elektron 1/2000 atomarer Masse Einhundert Jahre Forschung Letztes Quark 1996 Top Quark schwer wie Gold! Alle Materie aus diesen 12 Teilchen aufgebaut!! Massen bekannt: m(neutrino)/m(top) = 10-12!!!!
16 Von den Kräften Starke Schwache Die Kraft elektromagnetische Kraft Kraft: Kernzerfälle, hält Licht, Atomkerne elektrische Produktion zusammen Geräte, von Neutrinos harte Gegenstände Die stärkste mittelstarke schwächste Kraft Kraft Kraft Vermittelt 3 schwere durch Teilchen 18 Photon Gluonen Kräfte: Austausch von speziellen Teilchen! Stärke der Kräfte ( Coulomb Konstante ) vermessen Gravitation anders und viel schwächer!
17 Erzeugung von Masse Goldkern: ~ 1.6 x g Größe: m aus Protonen +Neutronen Masse durch Wechselwirkung Top Quark: ~ 1.6 x g Größe: ein Punkt! nicht teilbar Higgs - Mechanismus. Vakuum = Gelee/ Äther? Einziger unbewiesener Teil des Standard Modells! Wenn Standard Modell, wird LHC Higgs finden!
18 Die Weltgleichung mit 26 Unbekannten Materie Kräfte 26 Parameter müssen/sind gemessen werden: Massen m, Stärken der Kraft g Unsere Welt beschrieben durch eine Gleichung... Alles was größer als m ableitbar... Aber: diese 26 Parameter zeigen Ähnlichkeit! Ästhetische Prinzipien: neue Symmetrien, umfassendere Theorien...
19 Schnitt!!
20 The (big) Big Bang Erwin Hubble (1925) Je entfernter Galaxien, desto schneller Zur Anzeige wird der QuickTime Dekompressor Cinepak benötigt.
21 Die Temperatur des Universums Heute: unwirtlich kalt Am Anfang: enorm heiß 2,73 Kelvin Heute: 14 Mrd Jahre: Grad Sterne: 1 Milliarden J: Grad Leichte Kerne: 30 min : Grad Deuteron 2 min 45 sec: 900 Mill Grad
22 Das Ende der sichtbaren Welt Sichtbar: Boten ~ 2 min nach Urknall Was passierte 1/Billionstel Sekunde nach Big Bang? URKNALL IM LABOR...
23 Die kosmische Verbindung Wieso keine Antimaterie? Was ist die dunkle Materie Was ist die dunkle Energie? Dunkle Energie 73% (Kosmologische Konstante) Normale Materie 4% (davon nur ca. 10% leuchtend) Dunkle Materie 23% Neutrinos 0.1-2%
24 Mini - Big Bangs LHC: riesige Temperaturen auf kleinsten Räumen ALICE: Kern - Kern Streuung Zur Anzeige wird der QuickTime Dekompressor Cinepak benötigt. 1Millionen* 1 Millionen Grad in 10 Femtometern Quark - Gluon Plasma LHCb: Materie - Antimaterie Ungleichgewicht ATLAS, CMS: in 1/10 attometer ca Grad
25 Revolution im Attouniversum? Universum: Dunkle Materie, Energie Standard Modell: Zu viele Parameter Keine Gravitation NEUE PHYSIK BEI LHC ENERGIEN!!
26 Gibt es Spiegelwelten? Kraft und Materie durch Teilchen präsentiert: Supersymmetrie: Kraft spezielle Form der Materie? Materie spezielle Form der Kraft? vom near miss zur exakten Einheit! Neue Art von Teilchen Exakte Vereinheitlichung der Kräfte Erklärt dunkle Materie
27 Leben wir in 11 Dimensionen? Lisa Randell Bekannt drei Raumdimensionen: Länge, Breite, Höhe... im Kleinen: 4-11 Dimensionen für Gravitation Neue Dimensionen bei 1/1000 Protonradius? Neue Teilchen, Mini Schwarze Löcher!
28 Eine neue Ära? 100 Jahre nach der Entdeckung der ersten Elementarteilchen: vollständige Theorie im Raum von 1/100 eines Atomkerns Fast vollständig getestet! Fehlendes Glied: Higgs Teilchen Muss am LHC gefunden werden... Konzeptionelle Probleme + Kosmologische Hinweise ==> umfassendere Theorie? Beschleuniger und Detektoren fast bereit jahrtausende alte Fragen neu zu beantworten!
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