100 Jahre (Quanten-)Physik

Teilchen, Felder und das Universum

Hendrik van Hees

Inhalt

• Was ist Physik?

• Wie alles anfing: Max Planck und die Hohlraumstrahlung

• Moderne Quantentheorie: Einstein, de Broglie, Schrodinger &Co.

• Teilchen: Das”Standardmodell der Elementarteilchen“

• Universum:”Big Bang“ und

”Little Bangs“

Elektromagnetische Wellen#2

• Faraday: Experimente zum Elektromagnetismus ⇒Elektromagnetische (Kraft)-Felder

• Maxwell: Theorie ⇒”Maxwellgleichungen“:

Licht = elektromagnetische Wellenfelder

λ

Planck und die Hohlraumstrahlung#3

• Lummer, Pringsheim, Kurlbaum:Wie sieht die Strahlung eines gluhenden Korpers aus?

• Oktober 1900: Nach jahrelanger Arbeit rat Planck Strahlungs-formel

• Dezember 1900: Planck findet theoretische Erklarung

• Funktioniert nur, wenn Strahlung in Energieportionen (Quan-ten) von Korper absorbiert und emittiert wird

• Quanten mussen ununterscheidbar sein!

Einstein und de Broglie#4

• Einstein 1905: Elektromagnetische Wellen selber verhalten sichwie

”Teilchen“ Photonen

• Ist Licht Welle oder Teilchen?

• Antwort: beides!

• de Broglie 1923: Teilchen haben auch Welleneigenschaften

• In der Quantenwelt hangt es davon ab, was man beobachtet, obWellen– oder Teilcheneigenschaften beobachtet werden

Moderne Quantentheorie#5

• Schrodinger 1925: Mathematische Beschreibung der WellenSchrodingergleichung (Feldgleichung)

• Heisenberg 1925: Abstrakte Matrizenmechanik

• Dirac 1926: Allgemeine Formulierung: Beide Theorien sind iden-tisch!

• Born: Schrodingers Wellen sind keine physikalischen Felder, son-dern Maß fur Wahrscheinlichkeit, ein Teilchen bei Ort x zu finden

• Heisenberg 1927: Unscharferelation”∆x∆p ≥ ~/2“

•Merkregel: Je großer die Energie eines Teilchens, desto kleinereStrukturen kann man mit ihnen beobachten!

• ⇒ Brauche Beschleuniger, die Teilchen mit hoher Energie erzeu-gen!

1896 Becquerel: Atome konnen zer-fallen1911 Rutherford: Atom = Kern +Elektronen1925 Quantentheorie ⇒ kann stabilsein!1938 Chadwick: Atomkerne bestehenaus Protonen und Neutronen1964 Gell-Mann: Protonen und Neu-tronen bestehen aus Quarksheute: Quarks und Elektronen Ele-mentarteilchen

Das”Standardmodell“ der

Elementarteilchen#6

• Quantentheorie + Relativitatstheorie + Symmetrie und Erhal-tungssatze = Standardmodell der Elementarteilchen