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Page 1: Warum benötigen wir immer grössere Beschleuniger (wie den Large Hadron Collider LHC bei CERN/Genf) ? Amand Fäßler, Tübingen

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 !

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Teilchen-Welle-Dualismus

Experiment zum ersten Mal mit Elektronen in Doktorarbeit von Jönsson in Tübingen

LichtElektronen

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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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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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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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Proton 270 GeV-Antiproton 270 GeV-Kollision

Proton Antiproton

ElektronNeutrino

Vektorboson 80 GeV

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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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Prinzip der Beschleunigung im elektrischen Feld

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Resonator:Elektrisches

Feld schwingt, so

dass es immer das geladene Teilchen

beschleunigt, wenn es

durch fliegt

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Strahlführung bei der GSI in Darmstadt: gelb Quadrupolmagnete zur Fokusierung

und rot Dipolmagnete zur Ablenkung

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Blau: Supraleitende Dipolmagnete zum Ablenken des Protonenstrahls im LHC auf die 27 km lange Kreisbahn.

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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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ENDE

Proton-Proton-Kollision bei 7 TeV + 7 TeV = 14 TeV am LHC in einem Detektor

mit Magnetfeld (Simulation)

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Teil der 27 km langen Strahlführung und Beschleunigungsstrecke des

„Large Hadron Colliders“.

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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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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.


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