Jenseits der Antimaterie Urknall im Labor ? Materie ... - Podcampus

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Jenseits der Antimaterie Urknall im Labor ? Materie ... - Podcampus

Jenseits der Antimaterie

Urknall im Labor ?

Materie, Anti-Materie und mehr am LHC

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Peter Schleper

Universität Hamburg

Open Uni 13.6.2009


Quantenphysik:

kleinste Bausteine der Natur

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Periodensystem der Elemente

Teilchenphysik:

Quarks und Elektronen:

fundamental und unteilbar


Teilchen und Kräfte

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Materie und Antimaterie

Albert Einstein 1905:

Paul Dirac 1928 :

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Spezielle Relativitätstheorie:

Masse ist eine Form von Energie

• Aus Energie können neue Teilchen

mit Masse erzeugt werden

Relativitätstheorie + Quantentheorie

Vorhersage der Antimaterie

Elektron: Ladung = - 1

Positron: Ladung = +1

Mathematik Vorhersage der Eigenschaften der Natur


Antimaterie II

Höhenstrahlung

Photo einer Teilchenreaktion

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HERA@DESY: Quarks und Anti-Quarks

genauer:

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ZEUS-Experiment

Anti-Elektron

e+

p

Quarks und Anti-Quarks sind in

jedem Proton ! … und in uns.

Quark /Anti-Quark Jet


Extrapolation der Naturgesetze

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Kosmologie

und Teilchen


Dunkle Materie im Kosmos

Aus Beobachtung der Rotation von Galaxien

und weit entfernter Supernova-Explosionen

Dunkle Energie

(Kosmologische

Konstante)

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Normale Materie

Neutrinos

(davon

nur ca.

Dunkle

min. 0.1%

10% leuchtend)

Materie

max. 6%

Unbekannte Form der Materie: Photino ???


Gravitation ~ 1/r 2

Dunkle Materie im Kosmos

Rotationskurven (Keppler)

Sonnensystem

Galaxie NGC6503

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Neue Form unsichtbarer Materie: : “

Dark Matter = SUSY Teilchen ?


Dunkle Materie ? Spin / Supersymmetrie

die neue Teilchen-Welt

Spin

Standardteilchen

1/2 Leptonen (e, ν e , …)

Quarks (u, d, …)

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1 Gluonen

W ±

Z 0

Photon (γ)(

Superpartner

Sleptonen (e,

~ ~

ν e , …)

Squarks (u, ~ ~

d, …)

Gluinos

Wino

Zino

Photino ( ~ γ )

Spin

0

1/2

0

Higgs

Higgsino

1/2

2

Graviton

Gravitino

3/2

Entdeckung im Labor ?

Leichtestes SUSY Teilchen

ist stabil Dunkle Materie


LHC: Large Hadron Collider

CERN: Europäisches Zentrum für Teilchenphysik in Genf

Proton-Proton Kollisionen bei 14.000.000.000.000 eV

Faktor 1000 mehr Kollisionen als bisher

Start: 2009

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Jetzt:

Bau der

Experimente


Der Large Hadron Collider am CERN

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Backup: Das CMS-Experiment

Compact Muon Solenoid – 100m unter der Erde

CMS-Surface-Area

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CMS-Halle

LHC-Tunnel


CMS Experiment: Compact Muon Solenoid

38 Nationen

171 Institute

2250 Physiker

Deutsche Gruppen: D-CMS

• RWTH Aachen

• Uni. Hamburg & DESY

• Uni. Karlsruhe

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Commissioning CMS Cosmic Myon System Myons CMS with

Cosmics

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Silizium Spur-Detektor

Streifen Detektor:

220 m 2 Si, 15000 Module

10 Mill. Streifen

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TEC R3 Modul


Supersymmetrie - Simulation bei LHC

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Materie

Antimaterie

Super-Materie

Woran wir noch nicht gedacht haben …???


Extrapolation der Naturgesetze

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Experimenteller Urknall

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E=mc 2 MaterieAntimaterie – Supermaterie -- Dunkle Materie


Entdeckungen bei LHC

Meine persönliche Meinung:

SUSY als theoretisches Konzept ist überzeugend:

Entdeckung schon sehr früh bei LHC

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Higgs: experimentell deutlich schwieriger

Entdeckung dauert 2-3 Jahre… falls es existiert

Überraschungen: durchaus möglich !!!

Large extra dimensions

neue Wechselwirkungen


Backup: Theorien der Physik

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Energie, Temperatur, -Zeit


Antimaterie: Entdeckung

Höhenstrahlung: Teilchen aus dem Kosmos

Nachweis durch Ionisation in Nebelkammer (Kondensation)

1933:

e + I

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e + e - γ e + e -

E: Energie aus Reichweite und Ionisation: ~20 MeV

P: Impuls und Ladung aus Krümmung im B-Feld

Masse wie Elektron, aber Ladung positiv

Anti-Elektron = Positron


Teilchen und Kräfte

Materie-Teilchen:

1. Generation

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Entdeckungen & Nobelpreise

2. Generation: Muon, Strange Quark

Vorhersage: Neutrino,Charm

3. Generation: Tau, Bottom

Vorhersage: Neutrino, Top

…wegen Symmetrie zur 1.Generation

Naturkräfte:

1. Elektromagnetismus

2. Schwache Kraft

3. Starke Kraft

4. Gravitation ???


Impuls-Bild des Protons

Gluonen

2x

Anti-

Quarks

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Valenz-Quarks

(Quantenzahlen)

einzelnes

Quark/Gluon

trägt fast

gesammte

Energie

X = E Quark, Gluon / E Proton

Quarks und Anti-Quarks sind in jedem Proton !

… und in uns.

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