warum benötigen wir immer grössere beschleuniger (wie den large hadron collider lhc bei cern/genf)...
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Warum benötigen wir immer grössere Beschleuniger
(wie den Large Hadron Collider LHC bei CERN/Genf)?
Amand Fäßler,Tübingen
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Fäßler, Tübingen
Das Auge
Normalsichtig
120 Millionen Stäbchen für hell-dunkel
Farbsehen durch 6 Millionen von Zapfen
Auflösungsvermögen: Bei Abstand 1 Meter bei gesundem Auge etwa 0,5 bis Millimeter.
Dichte der Zäpfchen und Stäbchen.
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Einfachstes Lichtmikroskop
Auflösung immer im Bereich der Wellenlänge: Sichtbares Licht : ~ 500 nm = 0,5 Mikrometer.Wir brauchen „Licht“ mit kürzerer Wellenlänge.Röntgen: 10 keV 0,1 Nanometer-Strahlen: 1 MeV =1000 keV 0,001Nanometer
Wir haben aber keine Linsen für dieses hochenergetische Licht !
Fäßler, Tübingen
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Teilchen-Welle-Dualismus
Experiment zum ersten Mal mit Elektronen in Doktorarbeit von Jönsson in Tübingen
LichtElektronen
Fäßler, Tübingen
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Elektronenmikroskop• Elektronen haben eine deBroglie-Wellenlänge:• Ee = 10 keV = 0,1 nm = 10-10 m; beste
erreichte Auflösung ~ 0,1 nm• Atom: 10-8 cm = 0,1 nm
Man kann fast einzelne Atome sehen.Was sind die Linsen für das Elektronenmikoskop?
Elektronen haben Ladung. Man kann sie mit elektrischen (Spannung) und
magnetischen Feldern manipulieren. Fäßler, Tübingen
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Elektrische und Manetische Linsen für das Elektronenmikroskop (keV bis MeV)
Schematische Strahlführung und elektrostatische Linse
Magnetische Linse
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Fäßler, Tübingen
Will man noch kleinere Objekte sehen wie Atomkerne, Protonen, Elektronen,
Quarks, benötigt man kleinere Wellenlängen und noch höhere Energien.
Atomkern: Durchmesser D ~ 20x10-15 Meter E = 600 MeV
Auflösung ~ Wellenlänge ~ (1240/Energie[MeV])x10-15 Meter
Proton/Neutron: D = 2x10-15 m E = 10 000 MeV = 10 GeV
Quarks+Elektronen: D ~ 10-17 Meter 1000 GeV = 1 TeV
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Fäßler, Tübingen
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Fäßler, Tübingen
Neue Physik schwerere Teilchen
Vektorbosonen (E = mc2 = 80 GeV) Träger der Schwachen Kraft (Betazerfall nach Tschernobyl; Spaltung von: 235
92Uran143 ; 92 Protonen u. 143 Neutronen): Neutron Proton + Elektron + Neutrino
Higgs-Boson: Gibt den Teilchen die Masse 120 GeV bis 1000 GeV = 1 TeV; Entdeckung am Large-Hadron-Collider?
Supersymmetrische (SUSY) Teilchen: 120 bis 1000GeV = 1 TeV; erlaubt Elektromagnetische Kraft, Schwache Kraft und Kernkraft als eine Kraft zu verstehen. „Grosse Vereinheitlichte Theorie“; Test am LHC ?
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Entdeckung des Vektorbosons, dem Träger der Schwachen Kraft durch Rubbia 1982/83 am CERN
Neutron Proton + Elektron + NeutrinoKurze Notation: n p + e +
Wahrscheinlich-keit mit Energie gegen Unendlich
Proton
Elektron
Neutrino
Neutron
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Fäßler, Tübingen
Proton 270 GeV-Antiproton 270 GeV-Kollision
Proton Antiproton
ElektronNeutrino
Vektorboson 80 GeV
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Fäßler, Tübingen
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Amand Fassler, Tübingen
Der „Large Hadron Collider“ bei Genf ist ein Ringbeschleuniger von 27 km Länge
mit einer Kollisionsenergie von Proton auf Proton von 7+7 = 14 [TeV] = 14*1012 [eV].
Größter Beschleuniger der Welt 2008/2009
7 TeV Protonen 7 TeV Protonen
270 GeV Antiprotonen270 GeV Protonen
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Fäßler, Tübingen
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Fäßler, Tübingen
Prinzip der Beschleunigung im elektrischen Feld
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Fäßler, Tübingen
Resonator:Elektrisches
Feld schwingt, so
dass es immer das geladene Teilchen
beschleunigt, wenn es
durch fliegt
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Fäßler, Tübingen
Strahlführung bei der GSI in Darmstadt: gelb Quadrupolmagnete zur Fokusierung
und rot Dipolmagnete zur Ablenkung
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Fäßler, Tübingen
Blau: Supraleitende Dipolmagnete zum Ablenken des Protonenstrahls im LHC auf die 27 km lange Kreisbahn.
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Fäßler, Tübingen
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Fäßler, Tübingen
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Fäßler, Tübingen
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Fäßler, Tübingen
Unfall am 19. September 2008: Bei einer schlechten Verbindung erwärmt sich durch den Strom und
Widerstand das Teil und schmilzt. Flüssiges Helium wird explosionsartig frei ( Ausdehnung: 1 : 700).
Herbst 2009.Herbst 2009.
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Fäßler, Tübingen
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Fäßler, Tübingen
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Fäßler, Tübingen
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Fäßler, Tübingen
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Fäßler, Tübingen
ENDE
Proton-Proton-Kollision bei 7 TeV + 7 TeV = 14 TeV am LHC in einem Detektor
mit Magnetfeld (Simulation)
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Fäßler, Tübingen
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Amand Fassler, Tübingen
Teil der 27 km langen Strahlführung und Beschleunigungsstrecke des
„Large Hadron Colliders“.
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Fäßler, Tübingen
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Amand Fassler, Tübingen
Wir wollen mit dem LHC die Physik jenseits des Standard-Modells untersuchen.
Können wir unseren Kopf durch die Kristallsphäre des Aristoteles strecken?
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Fäßler, TübingenEntwicklung unseres Universums vom Urknall bis heute.
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Amand Fassler, Tübingen
Warum so hohe Energien? Wir können die Naturgesetze näher am Urknall testen.
10-12 Sekunden nach Urknall und 1015 Grad Celsius. Neue Physik ?
SPS 10-10 Sek.
10-12 Sek.
10-11 Sek.