Warum benötigen wir immer grössere Beschleuniger
(wie den Large Hadron Collider LHC bei CERN/Genf)?
Amand Fäßler,Tübingen
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.
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
Teilchen-Welle-Dualismus
Experiment zum ersten Mal mit Elektronen in Doktorarbeit von Jönsson in Tübingen
LichtElektronen
Fäßler, Tübingen
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
Elektrische und Manetische Linsen für das Elektronenmikroskop (keV bis MeV)
Schematische Strahlführung und elektrostatische Linse
Magnetische Linse
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
Fäßler, Tübingen
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 ?
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
Fäßler, Tübingen
Proton 270 GeV-Antiproton 270 GeV-Kollision
Proton Antiproton
ElektronNeutrino
Vektorboson 80 GeV
Fäßler, Tübingen
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
Fäßler, Tübingen
Fäßler, Tübingen
Prinzip der Beschleunigung im elektrischen Feld
Fäßler, Tübingen
Resonator:Elektrisches
Feld schwingt, so
dass es immer das geladene Teilchen
beschleunigt, wenn es
durch fliegt
Fäßler, Tübingen
Strahlführung bei der GSI in Darmstadt: gelb Quadrupolmagnete zur Fokusierung
und rot Dipolmagnete zur Ablenkung
Fäßler, Tübingen
Blau: Supraleitende Dipolmagnete zum Ablenken des Protonenstrahls im LHC auf die 27 km lange Kreisbahn.
Fäßler, Tübingen
Fäßler, Tübingen
Fäßler, Tübingen
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.
Fäßler, Tübingen
Fäßler, Tübingen
Fäßler, Tübingen
Fäßler, Tübingen
Fäßler, Tübingen
ENDE
Proton-Proton-Kollision bei 7 TeV + 7 TeV = 14 TeV am LHC in einem Detektor
mit Magnetfeld (Simulation)
Fäßler, Tübingen
Amand Fassler, Tübingen
Teil der 27 km langen Strahlführung und Beschleunigungsstrecke des
„Large Hadron Colliders“.
Fäßler, Tübingen
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?
Fäßler, TübingenEntwicklung unseres Universums vom Urknall bis heute.
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.