Experimentalphysik III Relativitätstheorie, Quantenphysik,

Kern- & Teilchenphysik Prof. Dr. Kilian Singer

15.10.2015 Mo 11-13 Uhr (Raum 3137) Mo 14-16 Uhr (Raum 0282)

Sprechstunde: Mo 16-17 Uhr (Raum 1166)

Übungen:

Mo 9-11 Uhr (in Raum 1135: ca. 40 Plätze) oder

Mi, 15-17 Uhr (in Raum 1252: ca. 40 Plätze) Videoaufzeichnung und Vorlesungsmaterial:

http://adventure.zdv.uni-mainz.de/modernphysics

Literatur Hauptliteratur: Randy Harris: Moderne Physik, Pearson (2015) J. Morrison: Modern Physics for Scientists and Engineers, Academic Press (2015) (english) D.C. Giancoli, Physik, Pearson (2009) (german) D.C. Giancoli,Physics for Scientists & Engineers with Modern Physics, Pearson (2009) (english) R. A. Serway, Modern Physics, Brooks Cole (2005) (english) W. Demtröder, Experimentalphysik IV, Kern-, Teilchen- und Astrophysik, Springer (german) H. Haken und H.C. Wolf, Atom- und Quantenphysik, Springer (german) T. Mayer-Kuckuk, Kernphysik: Eine Einführung, Teubner (2002) (german) Ch. Gerthsen, D. Meschede: Physik, Springer (german) P.A. Tipler, G. Mosca: Physik, Spektrum (german) L. Bergmann, C. Schaefer, Experimentalphysik, Bd. 4, Teilchen, W. de Gruyter (german) S. Gasiorowicz: Quantenphysik, Oldenbourg (german) Zur speziellen Relativitätstheorie: A.P. French: Die spezielle Relativitätstheorie, Vieweg.

1. Grenzen der klassischen Physik: Isaac Newton

Sir Isaac Newton [ˌaɪzək ˈnjuːtən] (* 25. Dezember 1642jul./ 4. Januar 1643greg. in Woolsthorpe-by-Colsterworth in Lincolnshire; † 20. März 1726jul./ 31. März 1727greg. in Kensington)[1] war ein englischer Naturforscher und Verwaltungsbeamter. In der Sprache seiner Zeit, die zwischen natürlicher Theologie, Naturwissenschaften, Alchemie und Philosophie noch nicht scharf trennte, wurde Newton als Philosoph bezeichnet. Isaac Newton ist der Verfasser der Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, in denen er mit seinem Gravitationsgesetz die universelle Gravitation beschrieb und die Bewegungsgesetze formulierte, womit er den Grundstein für die klassische Mechanik legte.

1. Grenzen der klassischen Physik: Periheldrehung des Merkurs

Experiment: 5,74’’/a Theorie: 5,32’’/a

1. Grenzen der klassischen Physik: James Clerk Maxwell

James Clerk Maxwell (* 13. Juni 1831 in Edinburgh; † 5. November 1879 in Cambridge) war ein schottischer Physiker. Er entwickelte einen Satz von Gleichungen (die Maxwellschen Gleichungen), welche die Grundlagen der Elektrizitätslehre und des Magnetismus bilden. Sie sind eine der wichtigsten Leistungen der Physik und Mathematik des 19. Jahrhunderts. 1866 entwickelte er die kinetische Gastheorie und gilt damit als einer der Begründer der Statistischen Mechanik neben dem später wirkenden Ludwig Boltzmann. Die klassische Geschwindigkeitsverteilung von Gasmolekülen (Maxwell-Boltzmann-Verteilung) ist nach beiden benannt. Er veröffentlichte im Jahre 1861 die erste Farbfotografieals Nachweis für die Theorie der additiven Farbmischung.

1.Grenzen der klassischen Physik: fehlender Äther

1.Grenzen der klassischen Physik: Photoelektrischer Effekt

1.Grenzen der klassischen Physik: Diskrete Spektrallinien

Fragen: • Woher kommen die Spektrallinien? • Warum sind sie genau an bei den Wellenlängen • Warum stürzt Elektron nicht in den Kern (bewegte Ladung sendet Licht aus)?

Technologische Relevanz Relativitätstheorie:

GPS: jeder Satellit hat Atomuhr Ohne allgemeiner Relativitätstheorie 5.28 10-8 % pro tag falsch

d.h 11.5 km Fehler

Technologische Relevanz Quantenphysik

Atomuhr (PTB): so genau, dass sie Gravitationsrotverschiebung aufgrund allgemeiner Relativitätstheorie bei nur 1 Meter höhenunterschied messen kann

Technologische Relevanz Quantenphysik

Kernspintomographie

Technologische Relevanz Quantenphysik

Superconducting quantum interference device

Technologische Relevanz Teilchenphysik:

Positronenemissionstomographie

Technologische Relevanz Kernphysik:

Kernkraft

Technologische Relevanz Kernphysik: Radiokarbonmethode zur Altersbestimmung von Fossilien

Flugzeit energiereicher Elektronen

French: Die Spezielle Relativitätstheorie

Flugzeit energiereicher Elektronen

French: Die Spezielle Relativitätstheorie

Michelson Morley Experiment ta

Das Michelson-Morley-Experiment

durchgeführt 1887 2 Lichtstrahlen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit → Interferenz erlaubt Bestimmung des Geschwindigkeitsunterschieds

Michelson-Morley im 21. Jh.

modernes Interferometer mit orthogonal angeordneten

kryogenen optischen Resonatoren

(Physik-Journal März 2005)

modernes Interferometer mit Laser und optischer Bank

Computeralgebrasystem Maxima

http://sourceforge.net/projects/maxima/files/Maxima-Windows/5.43.1-Windows/

Myonen aus kosmischer Strahlung

Myonen Detektion

Gemessen 412 erwartet 27