Die Zukunft der Teilchenphysik Ziele und .Teilchenphysik und Kosmologie Verständnis der Elementarteilchenphysik

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  • 11

    Die Zukunft der Teilchenphysik

    Ziele und technologischeHerausforderungen

    Prof. Dr. Michael FeindtProf. Dr. Gnter QuastInstitut fr Experimentelle KernphysikUniversitt Karlsruhe

  • 22

    Die Zukunft der Teilchenphysik

    Ziele und technologischeHerausforderungen

    Prof. Dr. Michael FeindtProf. Dr. Gnter QuastInstitut fr Experimentelle KernphysikUniversitt Karlsruhe

  • 33

    Elementarteilchenphysikbeschftigt sich mit den kleinsten Strukturen im Universum

    Die Weltim Kleinen

    m1km 0,001 m 01 0

    Rosen

  • 44

    Die Weltim Kleinen

    m1km 0,001 m 01 0

    Rosen

  • 55

    Die Weltim Kleinen

    Rosenblatt

    m 1 0.dm 1

    m 01 -1

  • 66

    Die Weltim Kleinen

    Fliege

    m 01 0.cm 1

    m 01 -2

  • 77

    Die Weltim Kleinen

    Fliegenauge

    m 001 0.mm 1

    m 01 -3

  • 88

    Die Weltim Kleinen

    Fliegenauge

    m 1 000 0.m 100 m 01 -4

  • 99

    Die Weltim Kleinen

    Detail imFliegenauge

    m 01 000 0.m 10

    m 01 -5

  • 1010

    Die Weltim Kleinen

    Elektronen-mikroskop-Aufnahme

    m 001 000 0.m 1

    m 01 -6

  • 1111

    Die Weltim Kleinen

    Elektronen-mikroskop-Aufnahme

    m 1 000 000 0.nm 100

    m 01 -7

  • 1212

    Die Weltim Kleinen

    DNS-Molekl

    m 01 000 000 0.nm 10

    m 01 -8

  • 1313

    Die Weltim Kleinen

    Molekl

    m 001 000 000 0.nm 1

    m 01 -9

  • 1414

    Die Weltim Kleinen

    Atomebestehen aus

    Kern und Elektronenhlle

    m 1 000 000 000 0.nm 0.1

    m 01 -10

  • 1515

    Die Weltim Kleinen

    Atome sindfast leer,der Kern

    ist sehr klein

    m 01 000 000 000 0.pm 10

    m 01 -11

  • 1616

    Die Weltim Kleinen

    Atome sindfast leer,der Kern

    ist sehr klein

    m 001 000 000 000 0.pm 1

    m 01 -12

  • 1717

    Die Weltim Kleinen

    Radius des Kerns nur

    ca. 1/10.000 der innersten

    Elektronenbahn

    m 1 000 000 000 000 0.fm 100

    m 01 -13

  • 1818

    Die Weltim Kleinen

    Atomkerne bestehen aus Protonen und Neutronen

    m 01 000 000 000 000 0.fm 10

    m 01 -14

  • 1919

    Die Weltim Kleinen

    Proton/Neutronbestehen

    aus Quarks

    m 001 000 000 000 000 0.fm 1

    m 01 -15

  • 2020

    Die Weltim Kleinen

    PunktfrmigeQuarks und Leptonen

    m 1 000 000 000 000 000 0.fm 0.1

    m 01 -16

  • 2121

    Die Weltim Kleinen

    PunktfrmigeQuarks und Leptonen

    m 01 000 000 000 000 000 0.fm 0.01

    m 01 -17

  • 2222

    Die Weltim Kleinen

    PunktfrmigeQuarks und Leptonen

    m 001 000 000 000 000 000 0.fm 0.001

    m 01 -18

  • 2323

    Die Weltim Kleinen

    Quarks undLeptonenwirklichgar keine

    Ausdehnung?

    ??

    m 1 000 000 000 000 000 000 0.fm 1 0.000 m 01 -19

  • 2424

    Teilchenphysik und Kosmologie

    Verstndnis der Elementarteilchenphysik ist entscheidend fr dasVerstndnis des sehr frhen Universums.

    Je hher die Energie, desto nher kommen wir an den Urknall heran.

    Jetzt sind wir bei ca. 0 , 000 000 000 001 Sekunden.

  • 2525

    Urknall

  • 2626

    Der Stand der Dinge

    Gnter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 Institut fr experimentelle Kernphysik

    1Heutiger Stand

    Einfaches Baukastenprinzipzum Aufbau der

    bekannten Materie

  • 2727

    Heutiger Stand

    Einfaches Baukastenprinzipzum Aufbau der

    bekannten Materie

  • 2828

    Heutiger Stand (2)Einheitliches Prinzip zur Beschreibung von Krften: Austauschteilchen

    Nur vier Grundkrfte

    Gravitation entzieht sich dereinheitlichen Beschreibung !

  • 2929

    Gegenwart und nahe Zukunft:

    Nahe Vergangenheit:LEP: e+e- Collider bei hohen Energien (90-200 GeV)

    Gegenwart und nahe Zukunft: HERA: Elektron-Proton-Collider zur Erforschung der Struktur des Protons B-Fabriken: asymmetrische Niederenergie e+e- Collider) (10 GeV) Tevatron: Proton-Antiproton-Collider bei hchsten Energien (2000 GeV)

    Fernere Zukunft: Large Hadron Collider LHC (ab 2007)Elektronen-Linearbeschleuniger

  • 3030

    Elektron-Elektron-PositronPositron-Kollisionen-KollisionenSymmetrische Kollisionen bei hohen Energien (z.B. LEP).

    Sehr saubere Ereignisse,weil Elektronenpunktfrmig sind.

    Messungen bei LEP haben das Standardmodell mit sehrhoher Przision besttigt.KEK

    Fermilab

    SLACCERN

    DESYCornell

  • 3131

    Der LEP - Speicherring am CERNDer LEP - Speicherring am CERN

  • 3232

    Das CERN in GenfDas CERN in Genf::gegrndet 1957

    ca. 3000 Angestellte (davon 4 Nobelpreistrger) und 6000 Gste(incl. Nobelpreistrger) aus 500 Instituten der ganzen Welt

    Jahresbudget ca. 1.000.000.000 CHF

    (Jeder deutsche Brger: ca. 2 Euro / Jahr)

    Stromverbrauch ca. 1.000.000 MWh/ Jahr

    LEP: 7 Jahre Bau und 12 Jahre Operation ( 1989 - 2001 )

    Zukunftsprojekt LHC im LEP Tunnel, Betrieb ab ca. 2007

  • 3333

    BlickBlick in denin den Tunnel:Tunnel:27 km27 km

    Magnete undMagnete undBeschleunigungsstreckenBeschleunigungsstrecken

    Im Strahlrohr:Vakuum besser als im interstellaren Raum

  • 3434

    SupraleitendeSupraleitendeBeschleunigungsstreckeBeschleunigungsstrecke

    fr LEP IIfr LEP II

    Supraleitung: extreme Khlung notwendig:nur knapp ber dem absoluten Nullpunkt(klter als die kosmische Hintergrundstrahlung)

  • 3535

    Zugang zum DELPHI-ExperimentZugang zum DELPHI-Experiment

  • 3636

    100 Meter tiefer: DELPHI100 Meter tiefer: DELPHI

  • 3737

    DELPHI EndplatteDELPHI Endplatte

  • 3838

  • 3939

    OPA

    L Ex

    perim

    ent

    am L

    EP

  • 4040

    Offene Fragen

    Gnter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 Institut fr experimentelle Kernphysik

    1Offene Fragen zu Beginn des 3 Jahrtausends:

    Ursprung der Massen der Elementarteilchen ? Vereinigung aller fundamentalen Krfte in einer Universalwechselwirkung ? Unbekannte Formen von Materie ? z.B. supersymmetrische Materie dunkle Materie

    Natur der dunklen Energie ? Verborgene rumliche Dimensionen ?

    ??? ??

  • Gnter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 Institut fr experimentelle Kernphysik

    Offene Fragen zu Beginn des 3 Jahrtausends:

    Ursprung der Massen der Elementarteilchen ? Vereinigung aller fundamentalen Krfte in einer Universalwechselwirkung ? Unbekannte Formen von Materie ? z.B. supersymmetrische Materie dunkle Materie

    Natur der dunklen Energie ? Verborgene rumliche Dimensionen ?

  • Gnter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 Institut fr experimentelle Kernphysik

    Higgs-Mechanismus zur Massenerzeugung ?

    Party-Gste im Grundzustand

    Higgs-Feld

    (Ge-)Wichtige Persnlichkeit betritt den Raum

    Wechselwirkungmit dem Higgs-Feld =>> Masse

  • Gnter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 Institut fr experimentelle Kernphysik

    Higgs-Mechanismus (2)

    Ein Gercht breitet sich im Raum aus

    Higgs wechselwirkt mit sich selbst !

    Higgs hat selbst Masse !

  • Gnter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 Institut fr experimentelle Kernphysik

    Vereinheitlichung der KrfteBei kleinen Abstnden werden die Krfte immerhnlicher.

    Gibt es einsupersymmetrische Spiegelwelt ?

  • Gnter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 Institut fr experimentelle Kernphysik

    Dunkle Materie & Dunkle EnergieNeueste Astrophysikalische Beobachtungen: 70 % der Energiedichte des Universums sind dunkle Energie nur 4% der Energiedichte von uns bekannter Materie Rest ist Dunkle Materie

    Was ist die Natur der Dunklen Energie ? Was ist die Dunkle Materie ?

  • 4141

    Proton-Proton-AntiprotonAntiproton-Kollisionen-Kollisionen

    Mit Protonen sind hhere Energien als mit Elektronen erreichbar(LEP II: 200 GeV ==> Tevatron: 2000 GeV, LHC 14000 GeV)Preis fr hohe Energie: (weil Protonen zusammengesetzte Objekte sind): --- Ereignisse sind viel komplizierter (mehr Spuren) --- meist steht nur kleiner Teil der Energie fr interessante Physik zur Verfgung Protonenbeschleuniger sind hauptschlich ,,Entdeckungsmaschinen,Elektronenbeschleuniger ,,Przisionsmessungsmaschinen.

  • 4242

    Der pp-Der pp-Collider TevatronCollider Tevatron

    Main Ringund Tevatron

    Neuer MainInjector

    Fixed-TargetExperimente

    CDFD0

    Hauptgebude

    Fermi National Accelerator Laboratoryin Batavia nahe ChicagoFermiFermi National National Accelerator LaboratoryAccelerator Laboratoryin in Batavia Batavia nahe Chicagonahe Chicago

    Weltrekord in Energie:2 TeV = 2000 GeV

    KEK

    SLAC

    DESY

    CERN

    Cornell

    Fermilab

    Top-Quark-Physikb-Quark-PhysikStarke WWSuche nach neuen Phnomenen

  • 4343

    Das CDF- ExperimentDas CDF- Experiment

    >460 Wissenschaftler47 Institute9 Lnder

  • 4444

    ...

    ...

    Hadronen-Therapie fr ansonsten unbehandelbare Tumore

    Das World Wide Web

    Grid-Computing

    NeuroBayes - Neuronale