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.