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Vortragender – Mai 2009

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Dies ist eine Vorlage für Mitglieder der ATLAS-Kollaboration, die öffentliche Vorträge im Zusammenhang mit der Première des Films Illuminati (im Originaltitel “Angels and Demons”, nach dem gleichnamigen Buch von Dan Brown) am 13. Mai 2009 geben möchten.Teile dieses Films sind in der ATLAS-Kaverne gedreht worden.

Diese Datei kann frei verändert oder ergänzt werden.

Zusätzliche Bilder sowie Filmausschnitte können vom Web unter folgender Adresse geladen werden: http://atlas.ch/angels_lectures/


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Sony war hat uns bereitwillig unterstützt bei der Vorbereitung der Vorträger und uns großzügig mit Auszügen und Szenen des Films ausgestattet. Allerdings müssen die Nutzungsvereinbarungen eingehalten werden!

Generell können Video und Bilder unverändert benutzt werden. Das heißt, Bilder und Video dürfen in keiner Weise verändert werden. Bitte nicht das Markenzeichen/Copyright entfernen; es ist extra klein gehalten.

Es ist in Ordnung die wissenschaftlichen Aspekte anzusprechen. Es sollte jedoch nicht vergessen werden, daß es sich um eine erfundene Geschichte und nicht um Fachliteratur handelt. Es ist unnötig, den Film wegen seiner dichterischen Freiheiten zu kritisieren; es ist schließlich kein Dokumentarfilm.


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Antimateriein Film und

Wissenschaft

VortragenderUniversität / Institut

Mai 2009

TM & © 2009 Columbia Pictures Industries, Inc. All Rights Reserved.


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Antimateriein Film und

Wissenschaft

VortragenderUniversität / Institut

Mai 2009



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Als Wissenschaftler, die auch mal

ein gutes Buch lesen, wissen wir

zu schätzen, daß Illuminati

aufregende Physikthemen am

CERN ins Rampenlicht eines

weiten Publikums bringt.

ATLAS.ch/angels

und

AngelsAndDemons.com

und

http://angelsanddemons.cern.ch/



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Antimaterie im Drehbuch von

In der Geschichte von

Illuminati gehen Banditen

an ein Forschungsinstitut

mit dem Namen „CERN“.

Sie stehlen ein halbes

Gramm Antimaterie in

einem Kanister, den sie

nach Rom mitnehmen, um

ihn als Bombe zu benutzen.Ein Geldschein wiegt ein Gramm. Eine Feder wiegt ein halbes Gramm.




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am LHC (Large Hadron Collider)

CERN ist in der Wirklichkeit eine Forschungseinrichtung in

Genf (Schweiz).

Und Teile des

Films wurden

tatsächlich im

ATLAS-Experiment

am CERN gedreht.


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Der LHC (Large

Hadron

Collider) ist ein

Beschleuniger

am CERN.

100 Meter unter der

Erdoberfläche

Protonen zirkulieren in beiden Richtungen und werden in den Experimentierhallen zur Kollision gebracht.

27 km Umfang

am LHC (Large Hadron Collider)

Übersicht der LHC-Experimente


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Das ATLAS-Experiment

Animationansehen

(wird später eingefügt)


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ATLAS-Detektor

Personen, maßstabsgetreu

Schnittbild


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Antimaterie-Materie-Reaktion

Es stimmt ebenfalls,

daß Materie und Antimaterie sich vernichten, wenn sie aufeinandertreffen.

Ihre Masse wird in Energie gemäß der Einstein-Gleichung

E = mc2

umgewandelt.


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Die Hälfte aller bei ATLAS erzeugten Teilchen ist Antimaterie.

Die Hälfte der hier gezeigten Teilchenspuren gehören zu Antimaterie-Teilchen.


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Wenn wir sie sammeln könnten

Wenn wir einen Weg finden könnten, ein halbes Gramm Antimaterie zu sammeln,

Wenn wir sie in einen Behälter füllen könnten,

Wenn wir sie unversehrt an einen entfernteren Ort bringen könnten,

dann wäre das tatsächlich eine zerstörerische Bombe wie in Ein Geldschein wiegt ein Gramm.

Eine Feder wiegt ein halbes Gramm.



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Aber sie wird sofort vernichtet.

Sämtliche in ATLAS

erzeugte Antimaterie wird

innerhalb eines Bruchteils

einer Sekunde wieder

vernichtet (annihiliert).


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Tom Hanks‘ Frage

Als Tom Hanks ATLAS am CERN besichtigt hat, hat er gefragt, wieviel Antimaterie seinen Kaffee warmhalten würde.


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Tom Hanks‘ Frage

Wenn sämtliche im ATLAS-Experiment erzeugte Antimaterie irgendwie in seiner Tasse landen würde, würde die Temperatur um ungefähr 1 Kelvin (Differenz 1°C) pro Stunde steigen.

Natürlich würde der Kaffee in der selben Zeit von selbst um 10 K bis auf Zimmertemperatur abkühlen.


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Wie schnell bekommt man ½ g?

Wenn ATLAS irgendwie

sämtliche erzeugte

Antimaterie aufsammeln

könnte,

dann würden wir 10 Millionen

Jahre brauchen, um ½

Gramm Antimaterie zu

erhalten.

Ein halber Geldschein wiegt ½ Gramm.


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Im Universum allerdings wurden enorme Mengen Antimaterie erzeugt.

Übrigens wurden auch beim

(Urknall) gleichviel Materie und

Antimaterie erzeugt.

Genau wie im ATLAS-Experiment!


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Nur Glück?

Materie und Antimaterie im

Universum hätten sich

schon vor langer Zeit

gegenseitig in Nichts

auflösen sollen, sodaß nur

ein unwirtlicher Ort ohne

Leben zurückgeblieben

wäre.

Aber durch Zufall existieren

wir doch!

Wie konnte das passieren?

Notice


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10,000,000,001 10,000,000,000

Wir hatten Glück, weil …

… unmittelbar nach dem Urknall (Big Bang)

Materie und Antimaterie eben nicht genau gleich waren.

Materie AntimaterieHier!

Dann kam die große Annihilation!


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1

wir

Nach der großen Annihilation

Materie Antimaterie

Alle Antimaterie und alle Materie waren verschwunden, bis auf einen kleinen Teil … und das sind wir!


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Warum war da der kleine Unterschied?

Diese Frage ist eines der großen Rätsel des

Universums und wird an fast 200 Universitäten und

Instituten in ATLAS untersucht werden.


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Aber was ist der Ursprung der Masse?

Was gibt den Elementarteilchen wie Quarks

und Elektronen ihre Massen

und warum sind sie so

unterschiedlich?

Materie und Antimaterie haben Masse.


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Das Higgs-Boson

Der schottische Professor Peter Higgs vermutete, daß

aller Raum von einem Feld (oder Äther) durchsetzt

wird, dem Higgs-Feld.

In der Quantentheorie hat

jedes Feld ein zugeordnetes

Teilchen, und damit …

in diesem Fall …

ein Higgs-Boson.

Higgs wurde schon im ATLAS Experiment gesehen, allerdings in Form vonProf. Higgs, …nicht dem Higgs-Boson.


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Higgs-Boson

Zum Verständnis, wie das Higgs-Boson funktioniert,

kann man sich einen Raum voller Physiker vorstellen, die sich angeregt unterhalten und wie ein Higgs-Feld den Raum ausfüllen.


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Higgs-Boson

... Somit erhöht sich der Widerstand, der sich seiner freien Bewegung entgegensetzt. In anderen Worten, er erhält Masse; genau wie ein Teilchen, das sich durch ein Higgs-Feld bewegt. -- Prof. David Miller

... dann betritt ein bekannter Wissenschaftler den Raum. Während er weitergeht, erzeugt er eine Störung dadurch, daß alle Bewunderer sich mit jedem Schritt um ihn sammeln. ...


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Wie ein Higgs-Boson-Ereignis bei ATLAS aussehen könnte.

In diesem Ereignis wurde ein nach unten gerichteter Teilchenschauer erzeugt, sowie ein nach oben austretendes Higgs, welches fast unmittelbar wieder zerfiel gemäß der Reaktionsgleichung

H Z + Z

Z e− + e+

Z − + +

− +

e− e+

Simuliertes Ereignis


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Aber es gibt mehr alsMaterie und Antimaterie

Wenn wir unser Universum betrachten, sehen wir sehr

viel mehr als gewöhnliche Materie (oder Antimaterie).

Wir nennen dieses „mehr“ dunkle Materie,

weil wir sie nicht sehen. Aber was ist sie?

Zusammensetzung des Universums

Gewöhnliche Materie


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Dunkle Materie

Dunkle und helle Materie

… nur stimmt das nicht ganz.


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Viele Hinweise auf ihre Existenz

In Galaxien und Galaxienhaufen

Die sichtbare Masse in Spiralgalaxien reicht nicht aus, um ihren Zusammenhalt zu erklären.

Aufspaltung von dunkler und normaler Materie in der Kollision zweier Galaxiecluster

Photos: Mit freundlicher Genehmigung der NASA


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Was ist dunkle Materie?

Wissen wir nicht.

Aber wir haben da unsere Idee.

Wenn die Bestandteile der

dunklen Materie neue, bisher

unbekannte Teilchen sind,

dann sollte das ATLAS-

Experiment diese entdecken und

etwas Licht in das Geheimnis

der dunklen Materie bringen.


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Gibt es in anderen Dimensionen auch Materie?

Gibt es mehr Raumdimensionen, die wir nicht sehen können?

(Dali, The Disintegration of the Persistence of Memory, 1954)


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Zusätzliche Raum-Dimensionen


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Gibt es zusätzliche Dimensionen?

Um zu verstehen, warum Extra-Dimensionenvorgeschlagen wurden, betrachten wir:

Was ist schwächer: Schwerkraft oder Elektromagnetismus?

Damit ist die Schwerkraft sehr schwach.

Warum ist Schwerkraft so schwach?

Was ist stärker: Ein kleiner Magnet oder der gesamte, massive Erdball?


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Warum ist Schwerkraft so schwach?

ElectromagnetismusSchwerkraft

Electromagnetismus ist auf die üblichen drei Raumdimensionen beschränkt.

Vielleicht sieht die Schwerkraft die anderen Raumdimensionen.Da die Gesamtkraft sich verteilt, wird sie abgeschwächt.


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Wir stellen uns einen Seiltänzer und einen Floh auf einem Drahtseil vor.

Der Seiltänzer kann auf dem Seil vorwärts und rückwärts laufen.

Aber der Floh kann auch seitwärts um das Seil laufen.

Wenn der Floh weiter zur Seite läuft, kommt er nach einem Umlauf wieder zum Ausgangspunkt zurück.

Wie kann es zusätzliche Dimensionen geben?


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Somit hat der Seiltänzer eine Dimension und der Floh hat zwei Dimensionen, aber eine diese Dimensionen ist eine geschlossene Schleife.

Der Seiltänzer kann nur eine Dimension des Seils erkennen,so wie wir nur eine Welt in drei Dimensionen sehen, obwohl sie mehr haben könnte.

Solch eine Situation kann nicht bildlich dargestellt werden, aus genau dem Grund, daß wir uns nur bis zu drei Dimensionen bildlich vorstellen können.

Wie kann es zusätzliche Dimensionen geben?


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Das Unbekannte

Das ATLAS-Experiment am LHC (Large Hadron

Collider) führt die Physik auf unbekanntes Gelände.

Am aufregendsten ist das völlig Unbekannte:

Neue Prozesse und Teilchen, die unser Verständnis

von Energie und Materie, möglicherweise auch

Raum und Zeit, grundlegend verändern würden.

Wir werden die grundlegenden Kräfte

verstehen, die unser Universum seit

dem Beginn der Zeit geformt haben

und sein Schicksal bestimmen.

(Photo: Fifi Mandirac)


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Wer baut und betreibt ATLAS?

2500 Wissenschaftler aus fast 200 Universitäten und Instituten in 37 Ländern


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Wer baut und betreibt ATLAS?

2500 Wissenschaftler aus fast 200 Universitäten und Instituten in 37 Ländern


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Als Wissenschaftler, die auch mal ein gutes Buch lesen, wissen wir zu schätzen, daß Illuminati aufregende Physikthemen am CERN ins Rampenlicht eines weiten Publikums bringt.

Wir hoffen, daß der Zuschauer,

dem die Wissenschaft im Film

nahegebracht wurde, sich

weiterhin dafür interessieren wird

und an unserer Leidenschaft und

unseren experimentellen Erfolgen

mit uns teilhaben kann.

http://ATLAS.ch/TM & © 2009 Columbia Pictures Industries, Inc. All Rights Reserved.


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THE END

ATLAS.ch/angels

+

AngelsAndDemons.com

+

http://angelsanddemons.cern.ch/


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Weiterführende Fragen

Es ist zu erwarten, daß spätestens in der Diskussionsrunde die Frage nach den schwarzen Löchern gestellt wird.Daher stellen wir dazu drei Bilder zur Verfügung.

Buch und Film von Dan Brown benutzen sogenannte Ambigramme, die Symmetrien von Schrift und Buchstaben ausnutzen.Auch das kann ein geeigneter Aufhänger für Symmetrien in der Physik sein.


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Ereignis mit mikroskopischem Schwarzem Loch


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Mikroskopische Schwarze Löcher?

Gemäß einigen theoretischen Modellen könnten winzige Schwarze Löcher in Kollisionen am LHC erzeugt werden.

Diese würden dann sehr schnell zerfallen und von den Experimenten gemessen werden. (Je winziger das Schwarze Loch, desto schneller zerfällt es.)


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Sind mikroskopische Schwarze Löcher gefährlich?

Kosmische Strahlung bombardiert ständig die Erdatmosphäre mit Protonen, die weitaus mehr Energie haben als im LHC. Somit erzeugen kosmische Teilchen in der Erdatmosphäre alles, was der LHC erzeugen kann.

Das ist bisher viereinhalb Milliarden Jahre während der gesamten Lebenszeit des Planeten Erde geschehen. Und die Erde ist immer noch da!

Der LHC erlaubt uns lediglich, diese Prozesse im Labor zu untersuchen (wohlgleich mit wesentlich geringerer Energie als die der kosmischen Strahlung).

Daher besteht keine Gefahr. LHC ist in dieser Beziehung absolut sicher.


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Ambigramme (1)

Erde, Luft (Wind), Feuer, Wassersind die elementaren Bestandteile der Welt in der mittelalterlichen Alchimie,in gewissem Sinne Vorgänger von Quarks und Leptonen.

Diese (falsche) Theorie

inspirierte bereits

zahlreiche Autoren.


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Ambigramme (2)

Symmetrien sind eines der Grundprinzipien der Feldtheorie und somit der modernen Teilchenphysik.

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