Okay. Also, weiß ich, so ist es auch schon wesentlich lauter.
Gut. Was ich heute versuchen werde, ist,
die Brücke zu schlagen zwischen Physik aus dem Alltag und aktuellen Fragen der Teilchenphysik.
Und ich habe mir heute wirklich nicht die einfachsten,
sondern eher exotische Fragen ausgesucht, die wir untersuchen in den Dateichenphysik,
neue Kräfte, neue Teilchen, Hicksposonen, Extradimensionen,
dunkle Materie, nichts, was man so denken würde,
könnte man von Grund auf einfach verstehen.
Aber ich werde versuchen, eben genau diese Brücke zu stärken,
was wir aus dem Alltag kennen,
Wie man damit die Fragen der Teilchenphysik,
mit denen wir uns bei Teilchenphysiker am LAC aktuell beschäftigen.
Das heißt, ich werde mich mehr auf die Fragen,
die wir versuchen zu lösen, konzentrieren, weniger auf die Maschine.
Natürlich erkläre ich auch diese riesige Maschine LAC, wie sie funktioniert.
Aber das ist der Fokus. Das Ziel der Vorlesung ist
zu verstehen, mit welchen Fragen beschäftigen wir uns aktuell und
wie kann man sie mit Verständnis des Alltags verstehen.
Ja, und um die Brücke zu schlagen, muss ich zunächst erst mal erklären,
was sind die Elementarteilchen, mit denen sich Teilchenphysiker beschäftigen.
Und was sind die elementaren Kräfte, die unsere Welt zusammenhält?
Und werde dann ja sagen, wie hängen diese Teilchen und Kräfte mit dem Alltag zusammen?
Und aber auch, wie studieren wir sie dann am LAC?
Also der Vortrag wird im Endeffekt zweit wie Vorlesungen für zwei Teile
haben. Die erste ist diese elementaren Kräfte und Teilchen,
mit denen wir uns beschäftigen, zu erklären,
wie sie mit dem Alltag zusammenhängen und wie sie am LAC studiert werden.
Und die zweite Hälfte der Vorlesung, da werde ich
konkret auf aktuelle Fragen eingehen. Okay,
also fange ich zunächst erstmal an mit den Teilchen und Kräften,
wie sie in der Teilchenphysik bis heute bekannt sind.
So, das ist das aktuelle Verständnis des Aufbaus der Materie bis zum heutigen Tag.
Und hier ist immer gezeigt, in welcher Größenordnung sich das abspielt.
Objekte aus dem Alltag kennen wir von 10 und minus 3
Millimeter Größe bis 10 noch 3 Kilometer Größe.
Das ist das Materie im Alltag, die wir kennen.
Dieser ist wiederum zusammengebaut, das weiß man schon sehr lange,
aus Molekülen. Wasser ist zum Beispiel ein Beispiel dafür.
Und diese Moleküle sind schon wieder 10
hoch 9 Meter
Kleiner als Objekte im Alltag. Also eine Million,
eine Million mal kleiner, als was wir über eine Milliarde
mal kleiner als was wir im Alltag kennen.
Molykühler wiederum sind aus mehreren Atomen aufgebaut. Das Wasser,
Molekül zum Beispiel, aus den dreien mit hohem.
Die sind eben ein kleines bisschen kleiner als Moleküle.
Zehnhof minus zehn Meter, also zehn Milliardstillmeter.
Und bis hierhin ungefähr ist das Verständnis auch noch in der
Schule besprochen worden, würde ich mal sagen.
Und ab da taucht man ein in das,
was man in der Teichenphysik studiert
Und zwar ist heutzutage schon bekannt, dass das Atom aus
einem Kern besteht und um den Kreisen Elektronen herum.
Und je nachdem, wie viele Elektronen sind da rumkreisen,
hier ist es ein bestimmtes Element.
Dieses Elektronen, was hier drumherum kreist,
das ist eines der Elementarierzeichen, das bis heute überstanden hat.
Also bis heute denkt man, dass das Elektronen ein Elementarteilchen ist.
Das heißt, ein punktförmiges Teilchen, was keine Ausdehnung hat,
mindestens maximal 10,
minus 18 Meter groß ist
Also von diesen Teilchen denkt man wirklich,
dass es nicht eine Struktur hat und nicht mehr zusammengesetzt wird.
Ja, das ist quasi das erste Teilchen,
was man in der Teilchenphysik als Elementarteilchen kennenlernt.
Das Atom hat sich herausgestellt, ist nicht mehr elementar,
weil es eben zusammengesetzt ist. Und dieser Atomkreis wiederum hat
sich auch gezeigt, dass der kein elementarer Teilchen ist.
Der ist nämlich wiederum zusammengesetzt auf sogenannten Nukleonen. Das sind
Protonen und Neutronen. Und man hat eine ganze Ansammlung davon,
der Atomkern ist, wie man hier sieht,
statt 10 noch minus 10, 10 noch minus 14 Meter groß,
als es ein Faktor 10.000 kleiner als das Atom selber.
So groß ist der Atomkern und diese Protonen und Nuklionen,
diese blauen und roten Kugeln hier dargestellt, die sind wiederum 10 noch minus 15 Meter groß. Ja,
jetzt hat sich, ist das aber immer noch nicht das Ende der Geschichte,
weil man hat auch in den letzten 30 Jahren ungefähr,
ja, ist schon ein bisschen länger, 50 Jahre,
hat man schon Hinweise gefunden,
dass wiederum diese Protonen und Neutronen immer noch nicht Elementarteilchen sind,
wiederum zusammengesetzt sind aus kleineren Teilchen und die nennt man heutzutage Quarks.
Und das ist wirklich der Stand des Wissens. Quarks sind,
wie man heute denkt, die sind die elementaren Bausteine aller Materie,
die man sich denken kann,
Quarks und Elektronen und hat bis heute auch keine kleinere Teilchen gefunden.
So, und das ist jetzt, jetzt habe ich
sie vom Alltag bis unter den Swing Quarks gebracht.
Jetzt kann ich Ihnen das heutige Verständnis der Teilchen des Teilchens Zoos,
der Elementarteilchen zeigen. Also was ist der aktuelle Stand des Wissens,
welche Elementarteilchen gibt es? Und das sind tatsächlich ein paar
mehr als die, die ich jetzt hier gezeigt hatte.
Also die normale Materie, die man so kennt,
ist typischerweise aufgebaut aus Elektronen und diesen Quarks und zwar aus normalerweise aus zwei typischen,
aus zwei verschiedenen Quarks, sogenannte Up und Downqualks.
Eins heißt nach oben, eins sei es nach unten,
weil eins ist positiv geladen, eins ist negativ geladen.
Und im Prinzip kann man mit diesen drei Quarks all das hier beschreiben.
Aber es hat sich eben gezeigt, in Experimenten und seltenen
Phänomenen tauchen eben noch ganz viele andere Elementarteilchen auf.
Und das hier ist wirklich eine Liste von allen Elementarteilchen,
aus denen wir glauben, dass heute die Welt besteht.
Das sind diese sechs Squaks tatsächlich. Und sechs Lepthoden,
nennen sie sich, das Elect, die so ähnlich sind wie Elektronen.
Diese Eichposonen hier und das Hixbur-Sohn ist das letzte Teilchen,
was man von diesen Elementarteilchen entdeckt hat
Jetzt möchte ich nicht erklären, wo man jedes einzelne von
diesen Teichchen gefunden hat. Ich wollte eben nur sagen,
wie das Bild aussieht, was man heute hat.
Man hat eine Liste von Elementarteilchen, die man kennt,
aus denen kann man mit dem sogenannten Standardmodell das Teichenphysik,
alle Phänomene vom Kleinsten bis zum Größten im Prinzip beschreiben.
Das sind die Teilchen, um die Welt zu beschreiben,
braucht man aber noch etwas Zweites.
Und das sind die Kräfte. Welche sind,
die uns die elementaren Kräfte? Es ist nicht so,
dass die Welt, nur von einer einzigen Kraft zusammengehalten wird,
sondern es gibt gleich vier.
Und die, die nennen sich so starke Kraft,
schwache Kraft, elektromagnetische Kraft und Gravitation.
Die elektromagnetische und die Gravitationen sind eigentlich allen gut bekannt.
Die anderen beiden eher nicht. Die möchte ich jetzt
in der Reihenfolge ihrer Stärke erklären. Und ich fange an
mit der Stärkenkraft. Die starke Kraft ist die Kraft,
die hält den Atomkern zusammen und die hält das Nukleon zusammen.
Warum das nicht zum Beispiel die elektrische Kraft ist,
kann man noch leicht verstehen
Weil diese Pro-Tonen und Nukleonen oder diese Nukleonen, die im Atomkern
drin sind, die sind entweder positiv oder gar nicht geladen.
Und das heißt, wenn man versucht,
mehrere positiv geladene Teilchen auf einem engen Raum zusammenzubringen,
stoßen die sich ab durch die elektrische Kraft.
Das heißt, die elektrische Kraft würde eigentlich den Atomkraftfeld-Antomkern nicht zusammenhalten,
sondern auseinanderbringen. Deswegen, und das weiß man heute,
gibt es noch eine stärkere Kraft,
die stärker als die elektrische ist,
die das trotzdem noch zusammenhält und nicht auf die Ladung,
sondern auf diese Protouren und Neutronen wirkt
Und die starke Kraft ist tatsächlich hundertmal stärker als die elektromagnetische Kraft.
Und ist in der Lage, Atomkern und Nukleonen zusammenzuhalten.
So, das ist die Anwendung der starken Kraft in der Teilchenphysik.
Also sie hält diese Atomkerne und Nukleonen zusammen und beschreibt deren Wechselwirkung.
Ein Beispiel aus dem Alltag möchte ich hier auch geben.
Wann spielt sie starke Kraft im Alltag eine Rolle?
Und da gibt es eigentlich nur ein Beispiel, was jeder kennt.
Und das ist die Kernspaltung. Wenn man es nämlich schafft,
Atomkerne zu zerstören, in zwei Bruchstücke zum Beispiel,
dann wird dabei ziemlich viel Energie frei.
Und es ist deswegen so viel, weil diese Kraft
sehr stark ist und bei starken Kräften wird viel energiefrei.
Deswegen ist die Kernspaltung auch die Reaktion,
mit der man heutzutage am einfachsten viel Energie erzeugen kann,
mit der Kernenergie zum Beispiel.
Andererseits, genauso ist allerdings auch die Atom,
die starke Kraft für Kernfusion,
wenn man aus zwei Teilen einen Kern wieder zusammenbaut und dadurch
Energie gewinnt,
dafür ist die starke Kraft
auch zuständig
Also da ist die Stärkekraft. Und weil es eben
auch die Stärkste von allen Kräften ist, ist auch,
dass die, mit der man Kraftwerke heutzutage auch baut.
So, das zur Stärkenkraft. Jetzt die elektromagnetische. Hier,
erstmal, was macht die elektromagnetische Kraft im Bereich der Elementarteilchen,
die elektrische Kraft ist die, die Elektronen um den Aktomkern hält.
Das hatte ich, glaube ich, schon erwähnt.
Also die Elektrons sind negativ geladen,
der Aktomkern positiv und durch die Anziehung schafft die elektrische Kraft
ist im Endeffekt
Atome zusammenzuhalten
Genauso, da wirkt die elektrische Kraft, dessen Moleküle zusammengehalten werden.
Also einzelne Atome in solchen Molekülen zusammengebaut werden. Das ist die Haupteigenschaft der elektrischen Kraft,
bei denen Elementarteilchen aus dem Alltag, kennt man viele andere Beispiele,
die jeder kennt, also elektrische Kraft macht Strom,
Anziehung von geladenen Objekten, magnetische Kraft.
Ja, es bewirkt auch Anziehung zum Beispiel von Nägeln,
eine Magel. Da gibt es viele Beispiele. Hier wird sie
als ein Wort elektromagnetisches Stadtteil nur elektrische und magnetische Kraft genannt.
Das ist der Grund dafür ist, dass man diese zwei
scheinbar völlig unterschiedlichen Kräften mit einer einzigen Theorie beschreiben kann.
Deswegen nennt man sie seit dieser Theorie, verstanden ist,
zusammen Elektromagnetisch. Okay, das ist die zweitstärkste Kraft.
Dann kommt die drittstärkste Kraft. Das ist die sogenannte schwache Kraft.
Der Name ist offensichtlich, weil sie schwächer ist als die anderen beiden.
Und die tritt im Alltag selten auf, weil sie
so schwach ist, weil es quasi nie angegewendet wird.
Und das Einzige, was man aus dem Alltag kennen könnte,
ist radioaktiver Zerfall. Also die schwache Kraft,
die kann protonen und Neutronen im Atomkern nebeneinander umwandeln und dadurch quasi Atomkerne verändern,
wobei sie Elektronen abstrahlt, das ist die Betterstrahlung,
die radioaktive Strahlung.
Und weil sie eben so schwach ist, passiert das Ganze
ganz langsam. Also wenn etwas radioaktiv zerfällt,
dann passiert das nicht in einer Sekunde,
sondern über Jahre
Und das ist der Grund, das liegt einfach daran,
dass diese Kraft sehr schwach ist.
Sie versucht quasi der starken Kraft entgegenzuwirken und dieses
stark zusammengehaltene Atom zu zerstören und zu zerfallen zu lassen.
Das ist die schwache Kraft. Und sie taucht auch wirklich
nur im Atomkern auf, so im Alltag taucht sie nicht auf,
weil sie wirklich nur auf einer ganz kurzen Distanz innerhalb von Atomkernen wirkt.
Sie wirkt nicht auf langen Distanzen, wie zum Beispiel Gravitation
oder elektromatische Kraft können immer Meta hinweg, Objekte beeinflussen.
Das kann die schwache Kraft nicht,
die wirkt wirklich nur auf
ganz kurzen Distanzen
Dazu werde ich auch noch mehr sagen, später in der Vorlesung.
So, das ist die drei Kräfte. Und ja,
diese drei Kräfte, sieht man, haben alle eine
wichtige Rolle im Verständnis, wie die Materie aufgebaut ist.
Die vierte Kraft, die Gravitation, ist da eine Ausnahme.
Hier habe ich zwei Beispiele aus dem Alltag aufgeschrieben.
Also die Gravitation ist dafür verantwortlich, dass der Apfel vom
Baum fällt. Aber genauso gut auch,
warum die Erde sich um die Sonne dreht und überhaupt Planeten,
Bewegung und alles,
was auf großen Skalen passiert
Also zwei Beispiele aus dem Alltag, die jeder kennt,
aber kein Beispiel aus der Elementaren Teilchenphysik.
Und das liegt daran, dass die Gravitation eben auf Teilchenebene
wesentlich schwächer ist, als die anderen drei Kräfte.
Und deswegen keine Rolle spielt jetzt. Und die Frage,
warum diese Gravitation eben so viel anders ist als die anderen,
ist auch eine der fundamentalen Fragen der Zeichenphysik,
auf die ich später genau eingehen will.
Und da ein Erklärungsversuch machen werde.
Ja, das war die kurze Einführung in die Welt der Elementarteilchen und elementaren Kräfte.
Das ist das heutige Verständnis des Aufbaus der Materie.
Mit Beispielen, wie man sie aus dem Alltag kennt.
Nun möchte ich zur Maschine kommen, den LAC.
Was ist der LAC? Das Hauptthema dieses Vortrags. Der
Large Hadron Colida. Das erste Mal, was bedeutet dieses Wort?
Da hat Hadron Colida heißt Großer, hat Rohnenkollidierer.
Also es ist eine Maschine, die versucht, große Hadro,
eine große Maschine, die versucht hat, Rogen zu kollidieren.
Hadron ist einfach nur ein anderes Wort für
In diesem Fall sind es Protonen und andere als hohe Kerne.
Also das ist eine Maschine, mit der man Protonen aufeinanderschießt.
Und das Ganze funktioniert so. Im Fall von Protonen
fängt man an mit einer Wasserstoffflasche. Wasserstoff besteht aus,
ist ein Molekül, das besteht aus zwei Atomen, die jeweils ein Protonen enthalten.
Wenn man mit einem elektrischen Feld diese Elektronen vom Atomkern löst,
hat man einzelne Protonen. Und diese einzelnen Pulturen sind geladen,
haben eine Ladung, deswegen kann man sie mit einem elektrischen Feld beschleunigen.
Und man will sie so schnell wie möglich bekommen,
in der Tat werden sie bei MLAC bis auf fast Lichtgeschwindigkeit,
also 99, und dann sind mindestens noch 5,
6-0 in dem Spiel, 9 im Spiel.
Also wirklich fast Lichtgeschwindigkeit. Und wie man das macht,
ist, in solchen Linear- und Ringbeschleunigern, man hat eine gerade Strecke,
auf der bespringt man das Teilchen erstmal auf eine Geschwindigkeit mit einem elektrischen Feld.
Und dann führt man es in solche Kreise, einen Kreisbeschleuniger,
sie auf einer Kreisbahn mit einem magnetischen Feld gehalten werden und dort immer weiter beschleunigt.
Und das Wien kann man sich vorstellen wie eine Angschaltung,
immer wenn man höhere Geschwindigkeiten erreicht,
muss man einen Gang höher, einen größeren Ring bauen,
um das Teilchen noch auf einer Ringbahn zu halten mit Magneten,
desto schneller ist es, desto schwieriger ist es ja,
das Teilchen auf einer Kreisbahn zu kriegen.
Und wenn man das dann geschafft hat,
füllt man in beide Richtungen in diesen großen Teilchen,
Beschleuniger LAC, Proto und Nein, einmal in eine Röhre,
die eine Richtung läuft und in eine Röhrung,
die in eine andere Richtung läuft,
und kann somit dann Protonen in diesem Ring zur Kollision bringen.
Und das macht man an vier verschiedenen Punkten. Die sind hier eingezeichnet und
an jedem dieser Punkte hat man ein großes Experiment aufgebaut,
um zu vermessen, was bei solchen hochenergetischen Protonen, Kollisionen passiert.
Warum ist diese Kollisionenetz überhaupt interessieren? Das werde ich
gleich erklären. Aber zunächst einmal wie die Maschine aufgebaut.
Also man hat wirklich hier dann vier Experimente und diese Experimente
sind auch ungefähr so groß wie die, sind auch riesig,
genauso wie der LAC.
Der LAC
Ist nämlich, das kann man sich so vorstellen,
wenn man ein Teilchen auf eine möglichst hohe Geschwindigkeit bringen kann,
um es auf einer Kreisbahn zu halten, mit Magneten,
ist es am einfachsten, wenn dieser Kreis eine kleine Krümmung hat.
Wenn er eine große Krümmung hat,
braucht man sehr starkes Magnetfeld, um das zu schaffen.
Deswegen hat man diesen Kreis hier möglichst groß gebaut,
so groß, wie das überhaupt möglich war, rein praktisch.
Und um möglichst hohe Geschwindigkeiten von Teilchen und hohe Energien
zu erreichen. Deswegen ist dieser ganze Kreis hier tatsächlich
30 Kilometer lang
Und das Ganze hat man unterirdisch gebaut in einem Tunnel,
100 Meter unter der Erde.
Hier sieht man so einen Ausschnitt von dem Tunnel,
durch den Tunnel, in dem Tunnel steht so eine Röhre,
mit so einem großen Umfang.
Und in dieser Röhre wiederum ist ein kleines Rohr,
in dem die Teilchen dann um den LAC rumlaufen.
Diese Röhre hier, das sind da,
was da drin ist, da sind Magneten erstmal drin,
die das Zeichen auf einer Kreisbahn halten.
Und außerdem ist innen drin in dem Strahlrohr,
wo die Teilchen wirklich durchführen,
da ist noch
ein Vakuum drin
Das ist deswegen nötig, weil wenn man ein Teilchen mit
so hoher Geschwindigkeit durch ein Rohr schickt, wenn da Luft drin wäre,
würde es ständig gegen die Luftteilchen fliegen und abgebremst.
Deswegen muss man das Ganze in der Vakuumrundung machen. Ja,
das heißt, man hat unterirdisch diesen Tunnel gegraben,
der Grund, warum das unterirdisch ist, ist einfach,
dass das Sichere ist, dann kann man sicherstellen,
dass keine Menschen im Tunnel sind, während das Experiment läuft.
Das passiert tatsächlich, wie man es im Film kennt.
Also da sind Retina-Scanner,
damit nur keiner in diesen Tunnel reinkommen will,
das Ding läuft und man genau zählen kann,
wie er drin ist
Und ja, und diese Teilchen, diese Magneten sind auch eine
besonders schwierige Technologie. Das sind nämlich sogenannte Supraleitende Magneten,
um die höchsten Magnetfeldstärken zu erreichen und möglichst große Geschwindigkeiten zu erreichen.
Und die haben die Eigenschaft, dass man das Ganze,
dass man sie runterkühlen muss auf Temperaturen,
die im Endeffekt kleiner sind, als die in unserer Galaxie,
die mittlere Temperatur in unserer Galaxie. Das heißt,
in diesem hoher Hier haben wir nicht nur eine Temperatur,
die kleine, als die Galaxie ist, sondern auch noch,
wie schon gesagt, ein Vakuum, was auch noch Ja,
da sind noch weniger Teilchen drin als im Mittel in unserer Galaxie.
Das heißt also, extreme Bedingungen herrschen in diesem Rohr und es ist extrem schwierig.
Aber das Ganze macht man, um wirklich die höchsten Energien zu erreichen.
Jetzt zeige ich Ihnen mal ein Bild, wie das Ganze in Wirklichkeit aussieht.
Man sieht es natürlich nicht, weil es unterirdisch ist,
aber man sieht, wo es ist.
Das hier ist der Genfer See,
dass die Stadt Genf am Ende des Sees und hier in der Nähe hat man,
das ist halb in der Schweiz und halb in Frankreich,
weil es ein europäisches Projekt ist,
grenzübergreifend hat man
diesen Tunnel gegraben
Auch der wurde für ein Experiment tatsächlich vor dem Lars Charlie und Collaida gebuddelt,
als Leistung gab es schon, als dieses Experiment gebaut wurde.
Und das ist dieser 30 Kilometer Tunnel,
man sieht hier an diesen Punkten,
dort sind Schächte, die nach unten führen,
wo die Experimente dann im Tunnel aufgebaut sind.
Und das hier ist das Zerrengelände. Und jetzt möchte ich
noch ein bisschen was zu der Organisation sagen,
das sogenannte Zerren, was diesen Beschleuniger betreibt.
Und zwar zerren steht für Soundtra Europeanella,
Recherchen nuklear,
also europäische Organisation für Kernforschung
Der Name ist ein bisschen historisch, weil heute macht das Zernen keine Kernforschung mehr, sondern Teilchenphysik.
Aber das liegt daran, dass das Zernen schon 1952 gegründet wurde.
Und seit, also quasi einer der ersten europäischen Organisationen,
wo erfolgreich seit Jahrzehnten zusammengearbeitet wird und ein Projekt ist,
was zusammenschweißt, hier in Blau sind die europäischen Staaten, die mitmachen, gekennzeichnet.
Aber weil dieser Lateino und Co leider eben schon so ein großes Projekt geworden ist,
wo man quasi, wo die ganze Welt mitarbeiten muss,
um es überhaupt zu realisieren, arbeiten inzwischen nicht nur europäische Länder hier damit,
sondern Das ist in rot und orange gezeigt,
wirklich Länder aus aller Welt,
also unter einer USA sind auch groß beteiligt an diesem Projekt.
Ja, und jetzt gehe ich ein bisschen einmal weg
von der Physik, weil das eine Frage ist,
die man immer gestellt kriegt, als Physiker an Großprojekten.
Was springt denn noch für die Gesellschaft dabei raus,
wenn wir solche physikalischen Fragen klären? Also der LAT ist natürlich gebaut,
um eine Physik, physikalische Fragen zu klären,
wo auch neue Erfindungen bei rumspringen können,
aber was springt doch noch dabei rum
Und dann hat das Tern ein echt gutes Beispiel,
weil das, also seit 1952 läuft das Zern und
es gab schon mehrere Experimente vor dem Eltern.
La Chino und Collider. Und irgendwann haben die Physiker dort ein System entwickelt,
um besser miteinander Forschungsergebnisse auszutauschen, zu kommunizieren zu können.
Und das war das World Wide Web, 1993,
was am Zern entwickelt wurde. Und das,
was wir hier als World Wide Web damals hatten,
das kennen wir heute als das Internet.
Also es kommen tatsächlich große Erfindungen, die auch nicht,
was nicht direkt Physik sind,
dabei rum,
wenn man Großforschung betreibt
Die ein physikalisches Ziel hat. Okay. Jetzt möchte ich
aber wieder zurückkommen zur Physik. Jetzt habe ich erklärt,
wie der Leitschein Onko leider aussieht. Jetzt möchte ich die Brücke schlagen.
Wie können wir mit dem Leithardoan-Cool leider am Teilchen Physik machen?
Dafür komme ich zum Thema des Titels des Vortrags zur Analogie
, zum Mikroskop. Mit einem Mikroskop,
einem Mikroskop funktioniert ja typischerweise so, man hat eine Lampe,
mit der beleuchtet man ein Objekt,
was man untersuchen will und guckt sich dann durch eine Linse an,
vergrößert ein,
wie das Objekt,
wie das Licht vom Objekt zurückkommt
Und dabei gilt folgende Regel. Je nachdem, mit welchem Licht
man das macht, kann man besser auflösen oder weniger gut auflösen.
Wenn man Licht mit kleinerer Wellenlänge nimmt, kann man besser auflösen
als Licht mit großer Wellenländer. In Farben bedeutet das zum Beispiel,
wenn man ein Licht mit großer Wellenländer, rotes Nücht,
hat man eine schlechtere Auflösung,
als wenn man ein Licht mit einer hohen,
mit einer kleinen Wellenlänge, also blaues Licht benutzt.
Das geht, das sind jetzt nur die sichtbaren Eigenschaften von sichtbaren Formen von Licht.
Es gibt auch noch andere Formen, Im Prinzip auch Licht.
Mit noch höheren und noch niedrigen Frequenzen. Und da sitzt zum Beispiel
Röntgenstrahlen. Das ist eine Form von Licht mit noch kleinerer Wellenlänge.
Deswegen kann man mit Röntgenstrahlen mit noch kleinere Objekte auflösen.
Oder andersherum, mit Radiowellen, die haben noch eine schlechte,
die haben noch eine größere Wellenlänge.
Mit denen kann man nicht wirklich gut ein Bild von kleinen
Objekten machen, sondern nur große Sachen untersuchen.
Das heißt also, um kleine Sachen zu untersuchen,
braucht man eine möglichst kleine Wellenlänge
Hier sind diese Farben im Spektrum eingezeichnet. Das ist das
sichtbare Licht. Das hat, damit man jetzt eine Größenordnung hat,
das hat in Energien oder in Kleinheit der Welle sowas wie zwei Elektronenvolt.
Elektronenvolt ist die Einheit, die Teilchenphysiker für Energien benutzen oder ja.
Und desto kleiner die Wellenlänge von einem Licht, Röntgenstrahlung,
dass die größer, die Energie,
die dort drin steckt in so einem Strahl.
Und um jetzt möglichst kleine Strukturen aufzulösen,
braucht man eben möglichst hohe Energie
Das genau macht man ja mit NRC. Man schießt zwar nicht mit Licht aufeinander,
auf ein Objekt, aber man macht das so ähnlich.
Man schießt mit einer Energie von 14 TEV pro Ton
aufeinander. Jetzt kann man hier den Unterschied sehen,
wir hatten hier sichtbares Licht, sind Elektronenvolt.
Das sind Terra-Elektronenvolt. Also eine Milliarde Elektronenvolt, eine Energie,
die eine Milliarde mal höher ist als die von sichtbarem Licht.
Das entspricht einer Wellenlänge von 10 noch minus 19 Meter.
Mit so einer Energie oder Wellenlänge schießt man Protonen aufeinander.
Das sind die zwei Protonen. Und dann kann man sich das vorstellen.
Das ist quasi ein Proton, ist unser Licht.
Das andere Proton ist das Objekt, was wir untersuchen wollen.
Und der LAC ist quasi die Lampe, die das Licht erzeugt.
So ist die Analogie zum Mikroskop. Wir schießen also hier
nicht mit Licht auf ein Objekt, sondern mit einem Proton
und auf einem Proton und können damit das Objekt untersuchen.
Jetzt ist das Objekt allerdings keine Elementarteilchen.
Es ist dieses große Ding, was aus Quarks besteht.
Und es ist 10 noch minus 15 Meter groß.
Das heißt, dass die Energie,
mit der wir hier draufschießen oder die Wellenlänge,
die ist sogar kleiner als das Objekt selber
Das heißt, was tatsächlich passieren wird,
dass wir untersuchen nicht das Proton, sondern wir gucken dort rein,
weil wir eben eine kleinere Wellenlänge haben. Und wir sehen,
was wir sehen, was in Wirklichkeit passiert, ist,
dass wir hier zum Beispiel trifft, das Quark von dem einen Proton,
auf das Quark von dem anderen Proton.
Das ist die Reaktion, die wir wirklich sehen.
Und die anderen beiden Quarks, die im Proton drin sind,
die fliegen einfach weiter.
Also mit unserem Mikroskop zerstören wir quasi das Objekt.
Wir strahlen mit so energiereichen Licht drauf, dass es kaputt geht.
Aber trotzdem kann man natürlich über das Objekt was lernen,
auch wenn man es kaputt macht dabei
Ja, und was man dabei lernen kann, ist,
man lernt erst mal, was passiert in einer Quark-Quoke-Wechselwirkung.
Was passiert, wenn Quarks aufeinander trifft?
Und da kann alles Mögliche passieren. Die können zum Beispiel
aneinander vorbeifliegen, streuen, gegeneinander stoßen, zurückfliegen.
Aber es kann auch noch was Interessanteres passieren. Und das ist,
sie können neue Teilchen erzeugen, die wir noch nicht kennen.
Und das geht so. Nach Einstein ist eh gleich
ein C-Quadrat. Also Energie kann man in Masse umwandeln
Anders gesagt, wenn man ganz viel Energie hat,
kann man daraus ein Teilchen mit hoher Masse erzeugen.
Genau das kann hier passieren. Wenn wir zwei Teilchen mit sehr hoher Geschwindigkeit,
Energie aufeinanderschießen, zum Beispiel, sagen wir,
das ist ein Teilchen, das ist ein Antiteilchen,
dann annilieren die und können ein neues, großes Teilchen bilden.
Das wiederum nicht stabil ist, sondern zerfällt in bekannte Teilchen
und die können wir mit einem Auge oder mit einem Dezektor,
ist das hier beim LAC, uns beobachten.
Und wenn wir eben mit dem Auge beobachten,
welche Teilchen bei dieser Interaktion rausgekommen sind mit dem Detektor,
dann können wir Rückschlüsse ziehen, was bei der Interaktion,
die ja passiert ist, ob wir zum Beispiel ein neues Teilchen,
sagen wir mal, ein Hexbosohn erzeugt haben in seiner Kollision.
Genau. So, das, das ist jetzt
die Analogie zwischen dem LAC und dem Iposkop.
Das ist. Und in der Realität ist es beim LAC
allerdings noch ein bisschen komplizierter, weil die Reaktionen,
die wir suchen, wir wollen ja neue,
neue physikalische Phänomene vorstehen.
Jetzt habe ich aber am Anfang gesagt,
Quarks ist ein Phänomen und deren Reaktion ist was,
was wir schon kennen
Das schon zum Teil Standardmodell der Teilchenphysik gehört. Wir suchen also
nach Phänomen, die selten sind und nicht ständig hier passieren.
Also zum Beispiel, wenn man hier ein neues Teilchen zum Beispiel
in Expo ist und das passiert nicht, das passiert sehr selten.
Und weil das eben sehr selten ist und meistens einfach nur
diese beiden Quarks aufeinandertreffen und streuen oder irgendwas anderes machen,
was man leicht erklären kann.
Deswegen wollen wir möglichst viele solcher Kollisionen machen, um die unwahrscheinlichsten zu finden.
Also wirklich, um eine Reaktion zu finden,
die vielleicht nur jedes millionste Mal auftritt.
Und dafür macht man das Ganze ein bisschen komplizierter.
Man schießt nämlich nicht einen Proton auf einen Proton.
Sondern schickt direkt 100 Milliarden pro Ton auf 100 Milliarden Proton. Der Grund ist einfach,
wenn man jetzt einen Proton auf dem Proton schießen will,
und wir haben ja eben gesehen,
das Proton ist 10 noch minus 15 Meter groß,
also winzig, das schafft man eigentlich.
Das schafft man mit der Dezepten der heutigen Technik
nicht,
die genauso aufeinanderzuziehen
Vielleicht Mikrometer, Nanometerpräzisionen beim Schießen treffen,
aber nicht 10 Uhr minus 15 Meter, genau.
Deswegen schießt man nicht ein Foto und auf ein Proton,
sondern direkt 10 Uhr 11 oder 100 Millionen pro Ton,
auf 100 Millionen Proton. Und dann ist die Wahrscheinlichkeit so groß,
dass sich im Mittel 30 von diesen 10 hoch 11 Protonen treffen.
Und dann passieren 30 dieser Reaktionen hier gleichzeitig.
Und das ist einfach mal, man hat einfach das so,
man hat so große Zahlen genommen, wie es technisch möglich geht.
Dann hat man schon mal 30 Kollisionen, die man untersuchen
kann und dann macht man das noch möglichst häufig pro Sekunde.
Nämlich, man schickt 40 Millionen Bündel pro Sekunde an diese Kollisierungspunkte.
Man schickt in den geringen Kreisen die Protonenbündel ja schon mit quasi Lichtgeschwindigkeit.
Das heißt, die kommen sehr häufig an diesen Kollisionspunkt vorbei.
Und dann tut man auch noch 3000 von diesen Bündeln
auf einmal rein, um wirklich das Maximum rauszuholen.
Und dann schafft man es, 40 Millionen Bündel zu haben
pro Sekunde, in den jeweils 30 Kollisionen erzeugt wurden.
Das heißt, man hat über 100 Millionen Kollisionen pro Sekunde. Jetzt habe ich gesagt,
man will aber nur die interessanten Ereignisse haben,
nämlich die, wo was Neues erzeugt wird,
was man mit der Physik, die man schon kennt,
mit den Gesetzen, die man schon kennt,
nicht beschreiben kann.
Und um zu erklären, wie viel davon tatsächlich interessant bin,
sieht sich das Hexbosohn, was in den letzten Jahren sehr interessant war.
Davon erzeugen wir jetzt 50 pro Tag. Und mit einer
Menge von 50 Rixbosohn pro Tag, da kann man es schon entdecken.
Da kann man schon sagen, dass man es findet.
Deswegen so viele Kollisionen, um nachher 50 Interessante dabei rauszubringen.
Es ist nicht nur das Höchstprozent interessant,
sondern auch andere Phänomene, die wollen wir verstehen.
Deswegen tut man, was technisch möglich ist und
man schreibt 300 Kollisionen pro Sekunde auf eine Festplatte
Position ist ein Megabyte groß,
wenn man 300 davon pro Sekunde aufschreibt,
auf eine Festplatte schreibt, ist das gerade noch so viel,
dass man es weltweit verteilen kann und analysieren kann.
So, das war jetzt ein bisschen technischer wie diese Maschine, funktioniert.
Jetzt zu den Detektoren. Ich habe ja gesagt,
ein Vier-Punkten-Film, die Kollision statt und dort stehen Detektoren.
Und die sind nicht einfach kleine Detektoren, sondern die sind groß.
Diese 15 Meter hoch, 30 Meter lang und 14.000 Tonnen
schwer. Das ist einer dieser vier Detektoren,
aber die anderen sind ähnlich groß
Jetzt, ja, warum muss man so ein großes,
in so einem großen Detektor bauen? Und ja,
also das einfachste Argument, was man sagen kann,
ist, man schießt ja mit Teilchen mit Lichtgeschwindigkeit hier drauf.
Die zeichnen, die dabei rauskommen aus den Kollisionen,
die haben auch annähernd Nichtgeschwindigkeit. Deswegen um diesen,
um deren Spuren zu verfolgen, braucht man auch einen großdimensionierten Detektor.
Deswegen ist nicht nur der Beschleuniger ein großes Experiment,
sondern auch die Detektoren selber.
Jetzt will man bei so einer Kollision möglichst alle Teilchen,
die rauskommen, verstehen,
um rückzuschließen,
was bei der Kollision passiert ist
Deswegen baut man das Ganze auch für so eine Zwiebel,
um den Kollisionspunkt, das heißt 360 Grad Kamera, um den Kollisionspunkt herum.
Und hat so verschiedene Schichten von der Dektoren drumherum gebaut,
die verschiedene Eigenschaften von den Teilchen vermessen.
Was die Schichten machen, sage ich gleich nochmal genauer.
Aber das ist das Grundprinzip von einem Detektor. Alles aufzeichnen,
was man lernen kann über die Teilchen, die rauskommen bei der Kollision,
um zurückzurechnen, was ist dort passiert. In Realität,
das möchte ich auch mal zeigen, sieht so ein Detektor so aus,
hier sieht man ein Mensch, das Ganze ist 15 Meter hoch,
an der Anzahl der Kabel kann man schon sehen,
was ein Aufwand das sein muss, zu bauen.
Und um diesen Detektor zu bauen und in Betrieb zu halten,
hat sich eine Kollaboration gebildet mit 3000 Physikern,
die zusammen dieses Experiment entwickelt und gebaut und haben jetzt betreiben.
Sondern ein großer Aufwand, sowas an den Laufen zu halten. Ach so,
das Ganze ist übrigens in Genf am Zern und man kann,
wenn gerade kein Strahl in dieser Maschine ist, das auch besichtigen.
Das kann ich Ihnen nur empfehlen. Nächstes Jahr werden
noch da angenommen, dann sind drei Jahre Pause.
Das ist definitiv
ein Reisewert
So, dann möchte ich aber jetzt erklären, wie der Detektor grundsätzlich funktioniert.
Also das Ziel ist, ein Teilchen sollten,
alle Teilchen, die aus diesem Punkt in der Mitte,
wo die Kollision stattfindet, aufzuzeichnen.
Hier ist so ein kleiner Ausschnitt aus dem Detektor gezeigt mit
den verschiedenen Lagen und verschiedene Teilchen, die man identifizieren will.
Zunächst mal hat man hier so einen sogenannten Track-Detektor der Mistspuren von Teilchen,
also wenn Teilchen dort rauskommen, hinterlassene Spur in dem Detektor
Und man hat das Ganze in einem Ambligfeld gebaut,
sodass die Zeichen eine gekrümmte Spur haben.
Also die ladenen Teilchen werden gespurt. Und desto schneller die Teilchen sind,
desto gerade ist die Spur, weil sie langsamer sind, ist sie mehr gekrümmt.
Deswegen können wir durch Messung der Krümmung der Spur bestimmen,
wie schnell sind die Teilchen, die dort rauskommen, die geladenen.
Das ist der erste Teil. Wir wollen aber nicht nur die Geschwindigkeit,
wir wollen auch die Energie und den Typ des Teilchens, genau jedes Teilchens wissen.
Deswegen gibt es auch Werdelektoren und die zweite Seite von Detektoren
sind die sogenannten Kalorimeter, die messen Energie,
kennt man ja auch von, wie viel Energie Essen hat.
Hier geht es da um diese Direktoren messen,
wie viel Energie Teilchen haben, die da reinfliegen.
Und Energie heißt, also sowohl die Geschwinde-Energie,
die sie durch ihre Geschwindigkeit haben, aber auch ihrem Wasser.
Und sie funktionieren nach dem Prinzip,
wenn ein Teilchen reinfliegt, das ist ganz dicht,
das Material, dann interagieren sie mit dem Material,
bis sie völlig kaputt und gebremst sind.
Je nachdem, was für ein Teilchen das ist,
tut man unterschiedliches Material rein, zum Beispiel ein Elektron.
Das ist ja ein Teilchen,
was auch im Atom vorkommt
Das wird durch relativ, das kann relativ leicht gebremst werden,
weil es mit den Elektronen im Atomrandwechsel wirkt.
Deswegen werden Elektronen, werden immer zuerst gestoppt in so einem Material.
Und wenn man halt eine Spur sieht und die wird hier gestoppt,
dann weiß man, das war ein Elektron.
Wenn man aber sowas wie einen Proton, einen Hardron hat,
das kann nicht mit dem Elektron, im Atomwechsel wirken sein,
nur mit dem Kern über die starke Wechsel.
Das fliegt weiter. Das wird nicht durch wenig Material gebremst.
Dafür muss man einen richtigen Klotz von Eisenähre reintun,
damit das gebremst wird,
gebremst wird
Deswegen ist dieser Detektor auch so schwer, 14.000 Tonnen,
hätte ich gesagt, wenn man viel Material braucht, um die Teilchen zu bremsen.
Und wenn man sie dann alle gebremst hat,
dabei wird auch ein bisschen Licht abgestrahlt,
wenn man sie hier drin bremst, an der Anzahl,
an der Menge von Licht, die abgestrahlt wird,
kann man mit kleinen Lichtsensoren messen,
wie viel Energie die Teilchen hatten, wenn sie gebremst werden.
Ja, und dann, und das funktioniert sowohl für Geladene als auch neutrale Teilchen.
Zum Beispiel, das ist ein neutrales, das wird nicht,
das interagiert nicht mit dem Tracking-Detektor, aber es wird hier gebremst.
Und dann gibt es noch eine besondere Art von Teilchen Myon,
die hatte ich eben am Anfang nicht erklärt.
Die haben die Eigenschaft, das ist ein ähnliches Teilchen,
das Elektron, aber dass sie ganz schwach wechselbürgen.
Deswegen fliegen sie durch alles Material durch und sogar durch den ganzen Detektor
und werden quasi nie im Detektor eingehalten und dadurch weiß man,
welche es sind.
Wenn ein Teilchen hier außen in dem roten Bereich des Settec
das ankommt, dann muss es eine Myon sein.
Weil alle anderen Teilchen müssten hier schon gestoppt werden.
Und an der Krümmung der Spur kann man wiederum messen,
wie schnell dieses Myon war.
Ja, das ist das Grundprinzip,
wie alle Teilchen in einem solchen Detektor gemessen werden
Hier sieht man, wie es in Realität aussieht,
dass es eine Kollision aus dem Jahr
2011. Ja, man sieht hier ganz viele Spuren von Teilchen.
Das liegt daran, dass, wie ich ja schon gesagt
hatte, 30 Kollisionen auf einmal stattfinden.
Deswegen sieht man so viele Spuren. Weil ganz viel auf
einmal passiert. Aber in einer dieser Kollisionen sind interessante Teilchen
erzeugt worden. Man sieht nämlich hier in rot,
das ist Energie, die man im Kalorometer gemessen hat.
Und das ist die Energie, die von zwei Elektronen kommt.
Also man hat hier, in dem Ereignis sieht man,
dort sind zwar Elektronen erzeugt worden Und wenn man ihn noch genauer guckt,
hier oben in diesem roten Bereich vom Detektor,
sind auch zwei Teilchen identifiziertoren.
Das müssen Myonen sein. Also hat man hier ein Event erzeugt,
wo zwei Millionen und zwei Elektronen erzeugt wurden.
Man kann einen Rückschluss ziehen, auf was das war.
Und das ist tatsächlich ein Kandidaten für ein Expo so ein Ereignis.
Dazu erkläre ich aber gleich noch mehr. Ja,
und das war im Prinzip der erste Teil der Vorlesung.
Und jetzt komme ich zu den aktuellen Fragen der Teilchenphysik.
Also, jetzt, jetzt sollte ungefähr klar sein,
wie wir mit dem LAC-Teichenkollisionen messen und welche Teilchen und Kräfte es ungefähr gibt.
Und jetzt werde ich nacheinander vier völlig unabhängige Fragen vorstellen,
die uns wirklich im Alltag der Teilchenphysik gerade jetzt interessieren.
Ich habe ein paar Fragen ausgesucht,
die eher exotisch sind, die sich exotisch anhören,
aber trotzdem wirklich wichtig sind und diskutiert werden
Und auch welche, mit denen ich mich besonders gut auskenne,
weil ich mich selber damit auch beschäftigt habe.
Und die erste Frage, die ich vorstellen müsste,
es gibt, glaube ich, die am einfachsten zu verstehende.
Und zwar ist das die Frage nach,
sind die Elementarteilchen ihr Elementarteilchen oder gibt es noch was Kleineres?
Und dazu möchte ich nochmal zurückgehen auf die Entdeckung des Atomkerns.
Um ein Beispiel zu geben, wie man rausgefunden hat,
dass die Materie aus kleineren Teilen zusammengesetzt ist.
Und das ist etwa 100 Jahre her. Damals hat man diskutiert,
Ist das Atom aus einem, das hat Herr Herotherford vorgeschlagen,
aus einem Atomkern und der Elektronenhülle zusammengesetzt?
Und das ist das Verständnis, was man heutzutage hat.
Oder ist das Atom ein Klumpen,
in dem ein paar Elektronen drin sitzen, ist es.
Und das ist eben nicht der Fall. Also das Atom ist kein großer Klumpen,
sondern es ist ein Objekt, was durch ein kleines,
durch mehrere kleine, punktförmige Teilchen zusammengesetzt ist.
Und diese Frage konnte man experimentell so kulieren,
indem man mit einem ähnlichen Experiment wie MLRC nur so klein,
dass man es auf den Tisch stellen kann.
Man hat mit einer Alpha-Strahlungsquelle auf eine Goldfolie geschossen.
Das heißt, man hat Alpha-Teilchen, Alpha-Kerne,
also das sind nicht Protonen, sondern Heliumkerne auf eine Waldfolie geschossen.
In der Goldfolie sind sehr schwere Goldatome drin,
die in sehr großen Atomkernen haben. Deswegen hat man Gold
dafür gewählt. Und wenn man jetzt so ein Modell hat,
dann müsste man erwarten, dass die Eiferstrahlen einfach geradeaus durchgehen,
wenn man jetzt den Winkel misst, sieht man,
dass quasi alle bei einem Winkel von 0 Grad
einfach geradeaus durchgehen
Wenn man jetzt aber so ein Atom mit einem Kern in der Mitte hat,
dann kann es sein,
dass die Alpha-Teichen genauer auf den Kern treffen und stark abgelenkt werden,
weil der Kern sehr groß ist,
starke elektrische Ladung von mehreren starke elektrischen Ladungen hat,
die Alpha kehren auch.
Das heißt, hier kann eine Streuung passieren,
die nicht nur ein bisschen, sondern wirklich fast rückwärts geht.
Und um das zu, und wenn man dann dieses Experiment durchführt,
sieht man auch tatsächlich,
dass die Teilchen nicht alle geradeaus durchfliegen,
sondern in höherem Winkel zurückgestreut werden
Und durch diese Messung der Winkelverteilung bei diesem Streuversuch kann man eben,
konnte man feststellen, dass das Atom einen Kern hat und aus einem kleineren Teilchen zusammengesetzt ist.
Reiz ist das Ganze nochmal als Plot, als Graf gezeigt.
Hier ist Halsfunktion des Winkels, kleiner Winkel, geradeaus,
großer Winkel, 90 Grad hier oder sogar 180 Grad.
Das ist die, man hat dieses,
man hat quasi Größenordnung, 1000 Alphateiche hier durchgeschickt.
Dann kam ein wenn man für jedes Eiferteilchen auftragen,
in welchem Winkel wurde es gestreut?
Weniger Act, weniger der Teilchen landen hier. Die meisten werden im Winkel von 0 Grad gestreut und für das Rutherford-Modell,
jetzt mit den roten Punkten,
gibt es eben die meisten immer noch in der Mitte,
aber es gibt schon einige, die vorwärts gestreut werden,
für das Thompson-Modell gibt es wirklich nur Teilchen,
die geradeaus durchgehend, keine,
die wirklich groß weit vorwärts gestreut werden.
Und das heißt,
durch das Anschauen der Winkelverteilung konnte man feststellen,
ob das Atom noch eine Substruktur hat,
ob es noch aus kleineren Teilchen besteht
Das war jetzt historisch, aber die gleiche Idee, kann man einer LAC machen.
Nämlich die Frage stellen und die ist historisch sehr gut motiviert,
weil sie schon mehrmals geklappt hat,
ist das Quark wiederum zusammengesetzt aus einem noch kleineren Teilchen.
Das ist einmal eine gute Frage, weil das häufig geklappt hat,
aber andererseits ist es auch eine gute Frage,
weil ich habe ja dieses Teich,
dieses Modell der Elektroateicheiicheichen gezeigt und gesagt,
es gibt sechs verschiedene Quarks.
Und diese sechs verschiedenen Quarks sind auch noch sehr unterschiedlich,
wenn man sich das Gewicht anguckt,
variiert das hier vor 2,3 bis
Und das ist nicht verstanden, warum die so unterschiedlich sind und warum es sechs davon gibt.
Das ist völlig unbekannt. Man weiß es zwar,
dass es diese gibt, aber nicht warum.
Und diese Fragen, warum ist eins viel schwerer als das andere?
Und warum gibt es sechs diese Art von Fragen? Kann man erklären,
indem man sagt, das sind gar keine Elementaricherchen,
sondern die sind auch so etwas Kleinerem aufgebaut und aus diesen
Zusammensetzungen von den noch kleineren Teilchen ergibt sich dann automatisch,
dass es sechs sein müssen und dass die diese unterschiedlichen Massen haben.
Deswegen ist die Frage nach, gibt es neue Teilchen hier drin sehr motiviert.
Und ich frage nach neuen Teilchen ist aber auch gleichzeitig die Frage nach neuen Kräften,
wenn diese Teilchen hier zusammengesetzt sind aus was Kleinerem,
dann ist es nicht die starke oder die elektromagnetische Kraft,
dann muss es auch noch eine neue Kraft geben,
die diese zusammenhält.
Weil sonst hätten wir das schon studieren können. Und ja,
am LAC stellen wir uns quasi die Frage,
passiert so eine Reaktion zwischen Quarks,
wie wir das heutzutage berechnen können oder ist irgendwie eine Zusammen,
ist das Quarken zusammengesetztes Teilchen und dann würde die Reaktion
anders aussehen,
wir hätten eine andere Winkelvorteilung
Und genau das macht man. Man misst,
man schießt am Wella CR Proto und aufeinander, in denen sind Quarks,
die miteinander kollidieren und man kann den Winkel messen, indem diese Quarks anderen sind erstreuen.
Hier sieht es so, sieht das Ganze im Detektor aus.
Hier kommen, das sind quasi die beiden Quarks,
die rauskommen und man kann den Winkel zur Achse,
wo die reinkommenden Teilchen gehen, genau ausmessen.
Das macht man dann mehrere häufig, sodass man die Winkelverteilung aufzeichnen kann.
Hier ist der Winkel so aufgetragen, dass große kleine Streubinkel Hier sind,
und wenn man jetzt sagen würde, die Quarks verhalten sich nicht so,
wie wir das kennen, sondern sind noch zusammengesetzt,
dann müssten wir hier mehr Ereignisse bei diesem Winkel sehen,
als man das erwartet.
Das erwartete ist hier diese graue Verteilung,
das ist jetzt ein bisschen andere Winkel variabel als auf dem anderen Bild,
wo das so runterging, aber das Prinzip ist dasselbe,
man erwartet die graue Verteilung,
wenn das Quark punktförmig ist,
das Elementarteilchen,
man erwartet so eine gestrichelte Kurve hier,
wenn das Quark wiederum zusammengesetzt aus
noch was kleinerem ist
Die Daten, die man gemessen hat, die sind jetzt genau dazwischen in diesem Fall.
Das ist eine Messung, die wurde letztes Jahr durchgeführt.
Also hier kann man vielleicht einen Hinweis sehen, aber man kann auch nicht ausschließen,
dass es genauso ist, wie man es erwartet.
Also der Fehleralbgen hier auf diesem Datenband ist doch genau dazwischen,
man weiß es nicht, aber das ist eine interessante Messung,
weil diese Messung kann man nämlich wiederholen,
weil der LAC eben noch nicht fertig ist,
der nimmt dieses Jahr schon wieder neue Daten auf,
hat schon wieder genauso viele aufgenommen wie hier für benutzt wurden.
Und mir ist das ja auch noch und über auch,
wie man sehen wird, auf Jahrzehnte. Das heißt,
man kann dieses Jahr, wirklich auch diese Frage wieder klären,
mit mehr Datenpunkten kann man sagen,
ob das hier einen Hinweis auf Substruktur ist oder nicht.
Mit diesen aktuellen Daten kann man jetzt ausschließen, dass das Quark zusammengesetzt ist,
bis zu einer Größenordnung von 10 und minus 19 Metern.
Das ist auch genau die Zahl,
die ich am Anfang gesagt hatte. Wir wissen heutzutage,
dass Quarks mindestens 10 noch minus 19 Meter klein sind.
Und desto besser wir das hier vermessen,
desto kleiner können wir es
Desto häufiger wäre mit dem LRC diese Messung durchführen,
desto besser ist quasi auch die Auflösung, die wir da durchkriegen und die Kleine.
Und wir kommen noch zu kleineren Größen. Ja, okay.
Eine andere Konsequenz von Substruktur, von Quarks. Und das ist,
glaube ich, jetzt der letzte Platz hier in diesem Vortrag,
aber trotzdem mal, um zu sehen,
wie wirklich unsere Plots aussehen, mit denen wir arbeiten,
ist das Phänomen angeregte Quarks.
Dafür möchte ich erstmal Spektralllinien vom Wasserstoff Aktober erklären.
Also das Wasserstoffatom hat ja ein geladen im Kern und
dann auf verschiedenen Bahnen drumherum sind die Elektroinnen angeordnet.
Und wenn man jetzt das Wasserstoffatom mit Licht bestrahlt,
kann man es schaffen, die Elektronen aus ihrer Bahn zu bringen und in höhere Bahnen zu bringen.
Und die fallen dann, dann nennt sich das angeregt,
weil man es mit Licht angeregt hat, auf einen Zustand mit,
wo die Elektronen weiter wechseln vom Kern.
Und das macht sich aber automatisch sofort wieder rückgängig.
Die Elektronen fallen wieder runter auf eine kleinere Bahn
und erzeugen dabei so ein Licht
Und das Licht ist spezifisch für, wie weit die Elektronen runterfallen.
Und zwar zum Beispiel über Wasserstoff hat man so eine rote Linie,
die entspricht zwei Elektronenvolt oder in der Wellenlänge von 10 Euro minus sieben Metern.
Das heißt, wenn ein Teilchen zusammengesetzt ist, wie das Atom,
dann kann man es anregen und müsste Resonanzfrequenzen sehen können,
hier im Bereich des Sichtbaren.
Genauso ist es beim Quark, wenn das Quark zusammengesetzt wäre,
dann müsste man es mit Teilchen beim LAC anregen können in
den Kollisionen.
Und dann würde es sofort wieder
ein neues Teilchen abstrahlen
Und das nach diesen Anregungen sucht man in diesem Spektrum,
der Meister, da sucht man nach solchen Peaks,
weil da habe ich einen kleinen Erhöhung und sucht quasi Resonanzen auf diesem Spektrum.
Und wenn es solche gibt, dann sind die ein Handzeichen dafür,
dass man Quarks anregen kann. Man sieht aber hier,
das ist das gemessene Spektrum, das ist völlig flach,
da ist kein einziger Hinweis auf angeregte Zustände.
Deswegen, dass diese Suche ergibt, dass man sowas nicht sieht.
Die kann man allerdings weiterführen und zu höheren Energien gehen und Resonanzen in
noch anderen Energien finden. Also das ist auch eine Messung,
die wird man am Ende AC noch lange wiederholen,
um noch höhere Energien zu studieren.
Okay. So, das war jetzt die erste Frage der Teilchenphysik,
die man am LAC studiert, die ich irgendwo vorstellen wollte.
Also die Frage nach, gibt es neue Kräfte und neue Teilchen,
die noch kleiner sind als das, was wir kennen?
Jetzt komme ich zur zweiten Frage. Und das ist,
ja, das ist, glaube ich, angebracht,
weil das die größte Entdeckung des LAC ist, das Hickspozon,
den Hicks-Mechanismus zu erklären.
Das Hicks kennt man auch aus den Nachrichten,
wurde 2012 entdeckt, aber was ist das denn wirklich genau?
Und der Hicks-Mechanismus ist im Endeffekt,
und ich versuche jetzt eine Erklärung zu geben,
die man in einer Minute machen kann und dann die längere.
Aber die eine Minute Erklärung ist diese hier.
Die schwache Kraft, wie ich eben schon erklärt habe,
die ist schwach und begrenzt auf kurze Reichweiten.
Sie passiert wirklich nur im Atomkern.
Und das ist ganz anders als bei allen anderen Kräften.
Elektromagnetische Kraft geht auf
Lange Strecken und Gravitationen auch auf riesig langen Strecken.
Warum kann hier kurze Kraft zu einem kurzen Reichweite? Und um das zu erklären,
diese kurze Reichweite, das kann man mit dem HX-Mechanismus machen.
Man kann sich das so vorstellen, sagen wir mal,
das Universum ist gefüllt mit ihrem Nebel aus Hex und dieser Nebel
bremst die starke, die schwache Kraft.
Das heißt, wenn man sich nah in einem Objekt befindet,
dann macht der Nebel nichts aus, kann man durch,
kann die schwache Kraft wirken.
Wenn man aber jetzt weit von einem Objekt entfernt ist,
also zum Beispiel außerhalb von Tonkern, verbirgt, der Hex-Nebel,
das Objekt und man kann es nicht mehr sehen.
Also das war jetzt die kurze Erklärung, das hebliche Maniserismus.
Man kann sich vorstellen, wenn das Universum durch so ein Hexfeld gefüllt ist,
kann das quasi die schwache Kraft auf eine kurze Distanz einschränken.
Die hört sich jetzt sehr anders an,
die Erklärung als die, die man sonst immer hört,
dass der Hex erzeugt die Masse, aber das tut sie auch,
aber das ist der wesentlich kompliziertere Teil.
In der Teilchenphysik beschreibt man das Ganze,
was sich hier in Worten erklärt habe, nämlich wie folgt.
Man beschreibt Kräfte als einen Austausch von Teilchen.
Also man kann sich vorstellen, wenn man einen Ball jemand
anderem zuwirft, wird er von einem weggedrückt.
Das heißt, man hat eine Kraft auf die anderen Personen ausgeübt.
Durch einen Austausch von einem Teilchen. So kann man sich leicht,
so kann man sich erklären, wie ein ausgetauschtes Teilchen
eine abstoßende Kraft erklären könnte.
Genauso kann man es aber auch in der Physik eine anziehende Kraft erklären.
Und man beschreibt die elektromagnische Kraft durch den Austausch von sogenannten Fototeilchen,
das ist ein Lichtteilchen,
und die schwache Kraft durch den Austausch von Webosohn oder Z-Webosohnteilchen
Und der Trick, um die schwache Kraft auf kurze Reichweiten zu bringen,
ist, dass man diesem Webo-Sohn einfach eine große Masse gibt.
Wenn man eine Billardkugel wirft, geht das sicherlich nur ab kurzen Reichweiten.
Deswegen, wenn man das Austauschteilchen schwer macht,
kann man die Kraft auf eine kurze Reichweite beschränken.
Um jetzt aber die Masse von diesen Webo-Sonnen zu erklären,
braucht man wiederum das Hexfeld.
Man braucht irgendwie wiederum diesen Nebel, der dem Webo so
in die Masse gibt.
Und das kann man
sich so studieren
Webo-Sohn, was vielleicht keine Masse hat,
durch den Nebel fliegt, wird es gebremst.
Und dieses Gebremstwerden ist äquivalent, als diese Trägheit,
dass wir wohl sonst inquilablent zu einer Masse haben.
So gibt das Hicks Teilchen, gibt es das Sixfell,
Teilchenmasse, jetzt das Hicksbüro-Sohn selber ist wiederum, was auch was kompliziert ist.
Es ist nämlich eine Welle im Hicksfeld, kann man sich vorstellen. Also genauso,
wie man sagen kann, man kann eine Kraft durch Teilchen beschreiben,
kann man auch sagen,
wenn man jetzt eine Welle hat,
die kann man
auch als Teilchen beobachten
Und das ist das sogenannte Hexposon, was man,
was vor 50 Jahren ungefähr vorhergesogt gesagt wurde von Herrn Hex,
in England, die beide dafür im Jahr 2012 Nobelpreis bekommen haben,
auch noch viele andere waren an dieser Theorie beteiligt.
Und das war deswegen 2012 der Fall,
also fast 50 Jahre, nachdem sie es vorhergesagt haben.
Also die Idee war immer schon gut, weil man mit diesem Mechanismus erklären konnte,
warum die schwache Kraft kurze Reichweite hat. Aber dadurch,
dass man jetzt noch dieses Teilchen im Jahr 2012 am LAC entdeckt hat,
man sich sicher, dass dieser Mechanismus stimmt.
Und entdeckt hat man das, indem man in Kollision,
dass hier, bis jetzt brauchen wir nicht verstehen,
hier werden Proto und Kollidiert und man kann dieses Hexpo so erzeugen,
dass Hexposon zerfällt in andere, in sogenannte Z-Posonen,
die wiederum zerfallen, in Laptons, also Elektronen oder Myonen.
Das heißt, die Signatur von dem Hexposon sind zum Beispiel vier Millionen in einem Detektor.
Und das hier ist ein Beispiel für so ein Ereignis,
wo man vier Millionen im Detektor gefunden hat oder hier von der Seite angesehen.
Und wenn man dann in diesen vier Millionen Ereignissen nach einer Resonanz sucht,
sieht man über 125 GV,
das ist quasi der Entdeckungsplatz des Textpose uns, diese Resonanz,
dass das Hexpose-Teilchen, was im Hexpose ein Feld eine Welle ist.
Der andere piekt das Blaue, ist das Z-Bose und das kennt man schon länger.
Ja, jetzt, das ist 2012 gewesen. Die Geschichte
des Hxpose und es ist aber noch nicht zu Ende,
weil das Hxpo so ein ein Teilchen, was alles erklärt,
war die einfachste Möglichkeit, das Problem zu lösen.
Es kann aber sein,
dass das Hxpo so eigentlich was anderes ist,
nur die gleichen Eigenschaften halt wie eine Explosion oder dass es
vielleicht sogar mehrere Explosionen gibt
Zwei Nebel, die dir insgesamt den gleichen Effekt haben.
Und deswegen studiert man, dass Exposionen jetzt noch viel genauer waren.
Hier ist zum Beispiel aufgezeigt, in welche Teilchen der Sixposion am liebsten zerfällt.
ZZ ist dieses Orangebeintier, also ganz selten zerfällst in Sets.
Das Beieignis, was wir eben gesehen haben, meistens in
andere Sachen. Und diese Sachen, die diesen Anteil,
in was es zerfällt, an dem kann man im Prinzip ablesen,
ob es nur eins gibt oder ob es mehrere gibt oder ob es eine andere Art von Exposion ist.
Und hier rechts ist jetzt mal gezeigt, wie der
aktuelle Stand der Forschung über diese Hexbose und Zerfallskanäle ist.
Wenn man hier unten bis 20, heißt 20 Prozent Genauigkeit.
Also und die gelben Bänder sind die, wie es heutzutage vermessen ist.
Also diese Zeilen, hier kennt man mit einer Genauigkeit von 20 Prozent.
Das ist eine sehr ungenaue Zahl im Endeffekt.
Keine Prozent, keine richtige Präzision. Und das ist die Hauptmotivation oder die einfachste Erklärung,
warum wir den LAC jetzt auch noch viele Jahre länger betreiben,
weil man am Ende des LACs, das ist ja in Blau gezeigt,
viel bessere Präzisionen in diesen in der Verbesserung des Hexe erreichen kann.
Und hier ist gezeigt, wo wir im Endeffekt jetzt sind. Der LAC läuft seit 2008,
wir sind jetzt im Jahr 2017,
also er hat schon neun Jahre auf dem Buckel,
aber wenn man sich jetzt als hier auf diesem Plot anguckt,
die aufgezeichnete Datenmenge des LACs, das ist hier die Sachse,
dann haben wir dieses Kleine ein bisschen an Daten bis jetzt aufgezeichnet.
Und in den nächsten zehn Jahren werden wir noch das bestimmt vor fünf Jahren,
dann wird 2024 die Maschine nochmal umgebaut,
um noch größere Datenmengen,
um noch mehr Kollisionen pro Sekunde
zu erreichen
Um dann bis Jahr 2035 ein Faktor, 100 mehr Kollisionen
zu erzeugen, wie wir bis jetzt aufgezeichnet haben.
Also ja, also ich kann sagen,
ich habe im Jahr 2008 meine Doktorarbeit angefangen,
das ist genau als der LAC startete und ich glaube,
ich kann auch einen Großteil meiner Karriere als Physiker mit diesem Experiment folgen.
Die Planung für die Nässen-Experimente laufen natürlich parallel dazu schon an.
Aber Das Hexposon ist nur eine Motivation dafür,
dass länger laufends lang die anderen Fragen, die ich dir vorstelle,
kann man natürlich auch alle besser klären, wenn man mehr Daten davon aufzeichnet.
Okay. So, das war jetzt das Thema Hexposon.
Jetzt wechsle ich noch mal völlig das Thema.
Das waren jetzt zwei Fragen. Und das nächste Thema dreht
sich um die gravite Frage nach der Gravitation.
Das hatte ich am Anfang schon angedeutet. Die Frage,
warum ist die Gravitation so viel schwächer als die anderen Griffe
Es ist halt jetzt heutzutage so, man kann die starke,
schwache, elektromatische Kraft in einer sogenannten, im Standardmodell der Teichenphysik.
Das ist ein Modell, was alle diese Kräfte und Teilchen
und Eigenschaften beschreibt, mit der man alles vorhersehen kann.
Schreiben. Die Gravitationen allerdings wird nicht durch dieses Modell beschrieben.
Für die Gravitation gibt es die allgemeine Relativitätstheorie von Einstein,
mit der man alle Gravitationsreaktionen und Zustände er zu erkennen,
beschreiben kann. Jetzt ist natürlich die naheliegende Frage,
können wir nicht eine Weltformel ausdenken,
die alle Kräfte der Natur
auf einmal beschreibt
Und um das zu tun, muss diese neue Theorie,
allerdings eine grundlegende Frage klären. Und das ist die Frage,
warum ist die Gravitation so viel schwächer?
Die ist nämlich wesentlich schwächer als die anderen Kräfte.
Und das kann man hier an diesem Beispiel sehen.
Wenn man sich im Alltag überlegt, Nagel und Magnet,
die Anziehungskraft, das ist ungefähr die gleiche Größenordnung wie ein Apfel,
der vom Baum fällt. Also das sind zwei Phänomene,
wo ungefähr die gleiche Kraft im Spiel ist. Jetzt ist aber der Unterschied,
dass hier Magnet und Nagelwechsel wirkt,
sagen wir mal Magnet und Apfel sind gleich schwer,
aber der Nagel nur 6 Gramm, die Erde,
mit der der Apfel hier zusammen Gravitation gravitativ wirkt,
ist 6 mal 10 auf 27 Gramm schwer.
Das heißt, wenn man runterrechnet, wenn die Gravitation auf ein Elementarteilchen wirkt,
ist die 10 noch 27 mal kleiner als die elektrische Kraft.
Also das ist das Beispiel, weil klar,
im Alltag sehen diese Kräfte gleich stark aus,
aber die Erde ist eben so viel schwerer als der Nagel in diesem Fall.
Deswegen ist, wenn man pro Teilchen diese Kraft beschreiben will,
die Gravitation wesentlich stärker. Und diese Zahl ist enorm hoch,
10 Uhr 27 und um die zu erklären,
muss man schon eine abgefahrene Theorie sich ausdenken.
Und ich möchte die, das Beispiel geben,
was am abgefahrensten ist, dazu aber erstmal erklären,
wie, wie genau kennt man dieses Gravitationsgesetz überhaupt?
Schon 1890 kam jemand auf die Idee, nicht nur,
man weiß die Gravitation, keine große Objekte zwischen Planeten,
genau die beschreiben,
wie die Anziehung ist.
Das hier ist das Gesetz von Newton
Wie zwischen zwei Massen die Gravitation ist. Also die Kraft
hängt davon ab, wie schwer die beiden Gegenstände sind.
Und wie weit sie voneinander weg sind, dass der Abstand eher,
und zwar fällt sie mit dem Abstand quadratisch,
desto weiter weg, desto kleiner ist die Kraft und zwar quadratisch.
Und bei Planeten könnte man das gut testen, offensichtlich.
Aber wie sieht das bei Kleinen aus?
Jetzt noch nicht bei Elementarteilchen, aber bei kleinen Massen.
Das wurde damals gemessen. Man hat,
und das hat man mit einem Trick gemacht,
weil die Kräfte zwischen so kleinen Massen natürlich sehr klein sind,
hat man die Massen an einen Faden aufgehängt
Und dann nah an eine andere Meister drangebracht und gemessen,
ab welcher Stelle ziehen sie sich an,
wird der Tafaden ein kleines bisschen gedreht?
Die Faden, wie viel wird der Gefahren bezerrt? Das kann man,
konnte man dann messen, genau,
indem man an den Faden einen Spiegel gemacht hat und mit
einem Licht auf den Maßstab gezeigt hat und nur an dem
Maßstab messen und wie viel hat sich der Faden gedreht,
um die Massen näher aneinander zu bringen.
Ja, somit kannte man das Gravitationsgesetz
auch für kleine Massen auf sehr kleines Gehalt vermessen
Heute hat man ähnliche Experimente durchgeführt und kann bestätigen,
dass dieses Gravitationsgesetz bis auf Skalen von 50 Mikrometern stimmt.
Bis zu solchen kleinen Geschwindigkeiten. Aber drunter, unter 50 Mikrometer
weiß man nicht, ob die Gravitation vielleicht auch anders wirkt.
Und genau da setzt die Idee der Extradimension an. Was,
wenn die Welt auf Skalen die kleiner sind als 50 Mikrometer,
doch anders funktioniert, als wir das heutzutage kennen.
Und was, wenn es nicht nur drei grauen Dimensionen gibt,
sondern eine vierte, Und wir leben mit allen unseren Kräften,
mit der elektrischen, magnetischen, schwachen, starken Kraft.
Wir leben in drei Dimensionen, hier dargestellt, als dieses Band.
Und die Gravitation, die lebt aber in vier Dimensionen,
in noch einer zusätzlichen Dimension.
Dann dadurch kann man erklären, die Gravitation wirkt in mehr Dimensionen.
Also es erscheint sie uns schwächer. Aber wir merken nichts davon,
weil wir mit allen unseren bekannten Kräften nur in den drei Dimensionen uns bewegen.
Und um das zu realisieren, klar, eine vierte Rauendimension,
die ich von minus unendlich bis unendlich geht,
kann man nicht einführen, Die würden wir gesehen haben.
Wenn man aber jetzt ein Raumdimension einführt, die aufgerollt ist,
und das wird der Größe von kleiner als 50 Mikrometern,
dann ist das was,
was wir ja tatsächlich nicht gesehen hätten,
weil diese Extradimension würde nur das Gravitationsgesetz auf Größen kleiner als 50 Mikrometer verändern.
Deswegen ist diese Idee, die zu abgefahren sich anhört,
aber eine gute Möglichkeit zu erklären, warum die Gravitation so klein ist,
ohne dass sie unseren Alltag beeinflussen würde.
Und zwar in Formeln geht das dann so auf dieser Fläche
hier,
die drei Dimensionen hat
Geht das Gravitationsgesetz, nämlich dann mit 1 durch R Quadrat,
so wie wir es kennen,
in allen Dimensionen mit der vierten dazu,
geht das Gravitationsgesetz dann mit einer Protenz mehr, nämlich Rhof 3.
Das heißt, wenn wir dann die Gravitation auf kleineren Skalen als 50,
50 Mikrometer messen wollen, würden wir ein anderes Gesetz sehen.
Aber genau dieses andere Gesetz kann eben erklären, dass die Gravitation
so viel schwächer ist. Jetzt kann man genau ausrechnen,
wie viele Dimensionen von welcher Größe bräuchte man,
um zu erklären,
dass die Gravitation genau hier diese Zahl schwächer ist
als die anderen Kräfte
Ja, man kann sich vorstellen, desto mehr Extradimensionen
mal einführt, desto schwächer wird die Gravitation in unserer.
Oder desto größer man die Extradimensionen macht, desto schwächer wird sie in unserer.
Das kann man genau ausrechnen. Man bräuchte mindestens drei Dimensionen von
der Größe von 10 und minus 10 Metern oder 4 mit noch einer kleineren Größe.
Aber eine Extradimension kann man zum Beispiel schon ausschließen,
weil dann bräuchte man eine Riesen-Extradimension, die man aber schon gesehen hätte.
Ja. Und ja, das ist jetzt eine schöne Theorie,
aber sie würde auch die Frage erklären,
Aber was interessiert du jetzt abends am LAC?
Die Theorie sagt nämlich auch, Herr, voraus,
dass wenn es diese extra Dimension gäbe,
dann müssten wir auch wieder Resonanzen von dieser zusätzlichen Dimension sehen.
Das sind die sogenannten Gravitonen. Also wir müssten neue Teilchen
am LAC produzieren können, die in diese extra Dimension wandern.
Und dann zum Beispiel wieder zerfallen am LAC,
dann müssten wir die sie genau in diesen Winkelverteilungen hier wiedersehen.
Oder wenn es diese Gravitonen und extra Dimensionen gibt,
dann könnten wir sie erzeugen am LAC.
Zusammen mit einem bekannten Teilchen
Und dann würden wir sowas im Detektor sehen, nämlich nur ein Teilchen.
Und sonst nix. Und warum das was Besonderes ist,
ist, wir schießen eine Elektronen von links und rechts rein.
Apullon von links und rechts rein. Und wegen Impulserhaltung erwarten wir
dann auch, dass mindestens genauso viele Zeichen nach oben,
wie nach unten fliegen. Das muss so sein,
wenn man von links und rechts was reinschießt,
dann muss genauso viel hoch und runter fliegen.
Das geht nicht anders. Das heißt,
hier muss ein unsichtbares Teilchen entwischt sein im Detektor,
was wir nicht gesehen haben,
zusätzlich zu dem
Teilchen, was wir gesehen haben. Wir sehen dieses eine Teilchen und das Grammiton,
was in die Extradimension fliegt, sehen wir nicht.
Und wir können das messen, indem wir nach solchen Ereignissen suchen,
wo wir ein hochenergetisches Teilchen sehen und auf der anderen Seite fehlt es.
Das ist der Trick, wie man solche Sachen am Ende erzählt sehen wird.
Wie gesagt, also Hinweise gibt es natürlich nicht darauf,
sonst hätte man das schon längst erfahren, aber die Suche geht weiter.
Und jetzt gucke ich dann auf die Uhr. Ja,
eine Frage können wir noch. Die letzte Frage ist die Frage,
Nach der dunklen Materie. Also wieder komplett neues Thema hier.
Warum interessiert uns dunkle Materie? Das ist dunkle Materie ist etwas,
von dem wir heutzutage wissen, dass sie existiert.
Wir wissen aber nicht, was es ist. Und wir sind
uns ziemlich sicher, dass es existiert aus verschiedenen Gründen.
Und ich möchte, es gibt viele Messungen,
die darauf hinweisen, ich möchte zwei hervorheben,
die am offensichtlichsten sind,
mit denen man
dunkle Materie sieht
Nein, die Tatsache, die Tatsache, dass es dunkle Materie geben muss, bestätigt.
Und die erste ist, die Rote Attorenskurvung von Galaxien.
Wenn man sich unsere Milchstraße anguckt,
am Himmel, es ist einfach nur ein Band,
aber in Wirklichkeit ist es so ein Band,
es ist so eine Scheibe und die Sonne ist in der Mitte dieser Scheibe,
auf dieser Scheibe und dreht sich quasi mit der Galaxie mit.
Das heißt, wenn man von der Sonne aus guckt,
sehen wir, dass das Band in alle Richtungen und sonst nichts.
Aber in Wirklichkeit sieht es so aus,
die Sonne und die anderen Sterne in der Galaxie drehen sich
noch um ein Objekt in der Mitte der Galaxie,
was noch viel schwerer ist
Und das wiederum kann man messen, man kann unvorhersagen. Man kann sagen,
wenn es dieses Objekt in der Missi ergeben muss,
worum sich alles dreht, kann man genau ausrechnen,
mit welcher Geschwindigkeit sich die Sonne und alle anderen Sterne ums Zentrum der Galaxie drehen.
Das kann man genau ausrechnen, dann kriegt man raus,
das gestrichelte hier. Also das ist der Abstand vom Zentrum
der Galaxie, kriegt so eine Vorteilung raus.
Wenn man das Ganze jetzt misst, sieht man aber,
dass am Rand der Galaxien die Sterne sich wesentlich schneller um
das Zentrum der Galaxie drehen,
als man das berechnet hat
Das kann man einfach mit Teleskopen beobachten. Jetzt,
und die einzig, die beste Erklärung dafür ist,
dass es noch irgendwie eine zusätzliche Masse,
zusätzliches Gewicht in der Galaxie gibt, was wir nicht sehen.
Und heutzutage stellt man sich das so vor,
dass es wirklich zusätzlich zu den sichtbaren Sternen und Planeten in der Galaxie
noch so einen ganzen Haufen von dunkler Materie drumherum gibt,
in der die sichtbare Magnetmaterie drin sitzt.
Wenn man sich so einen Haufen vorstellt,
kann man genau so ein Spektrum beschreiben,
warum die Zeichen sich am Rand schneller bewegen,
weil die Sonne sich am Rheintisch schneller bewegen,
als man das bevorher gesagt hatte.
Das ist die bekannteste Messung, die zeigt, dass es dunkle Materie geben muss.
Eine zweite möchte ich auch noch nennen. Das sind Gravitationslinsen
. Wenn man von der Erde aus Galaxien beobachtet,
dann gibt es einen Effekt aus der allgemeinen Relativitätstheorie,
dass große Galaxien oder schwere Objekte auf dem Weg,
die Licht strahlen, die wir im Teleskop auffangen, ablenken.
Und wegen diesem Effekt Kann man durch die Beobachtung von der Galaxien
auch darauf schließen, wie viel Materie auf dem Weg sein muss.
Wenn da viel ist, dann sieht man diesen Effekt,
dass das gekrümmt wird. Wenn da nichts ist,
sieht man das nicht. Und jetzt hat man das genau
vermessen am Himmel. Und an vielen Beispielen gesehen,
dass man mehr Materie hier sieht als für den Effekt
nötig werden, um diese Gravitationslinse zu haben.
Deswegen, das sind andere Möglichkeiten zu messen,
wie viel dunkler Materie es gibt,
auf dem Weg zu Sterngalaxien,
die man beobachtet
Und diese Messungen kommen eben im Endeffekt auf die gleiche Anzahl,
also die gleiche Menge und dunkler Materie.
Und das heutige Verständnis ist so, 4,6 Prozent des Universums
sind aus sichtbarer Materie, die wir kennen, zusammengesetzt.
Und es gibt fünfmal so viele dunkle Materie. Es gibt auch dunkle Energie,
aber dazu möchte ich diese Vorlesung gar nichts sagen,
weil das eine ganz andere Vorlesung füllen würde.
Zunächst nun zur Frage, was ist diese dunkle Materie,
die wir nicht sehen
Und es gibt zwei Sachen, die wir über die
dunkle Materie jetzt schon wissen dadurch. Also erstmal,
wenn es so aufgebaut ist, dann ist klar,
dass die dunkle Materie nicht sehr stark mit der anderen Materie wechsel wird,
sonst würde sich das ja auflösen und ist die Milchstraße und
die dunkle Materie irgendwie zusammen interagieren und was Neues bilden.
Das ist nicht der Fall. Also dunkle Materie,
Materie müssen, wenn sie reagieren, sehr schwach reagieren.
Andererseits muss es wirkende Interaktion zwischen dunkler Materie und normaler Materie geben,
weil sonst Würde sie ja nicht in so einem Bündel hier vorkommen.
Also diese dunkle Materie, Kugel um die Milchstraße,
muss zur gleichen Zeit erzeugt sein, wie die Milchstraße.
Sonst wäre sie nicht an der gleichen Stelle.
Also es muss irgendeine Interaktion zwischen normaler Materie und Tunklamaterie gehen,
die zwar heutzutage nicht stattfindet oder sehr selten ist,
aber es muss sie geben.
Und aus genau diesen beiden zwei Eigenschaften,
nämlich das ist irgendwie interagiert und dann aber nur sehr schwach,
kann man sich Strategien überlegen,
wie man nach dunkler Materie sucht und drei von denen
möchte ich vorstellen
Zunächst mal kann man sagen,
wenn es eine dunkle Materie gibt, die mit Atomwerkette wirkt.
Das ist nur eine Frage der Zeit, bis wir sowas sehen.
Weil wir sitzen ja in der Sonne,
in der wir sitzen, nicht in der Sonne,
aber wir sitzen im Planetensystem um die Sonne.
Und das dreht sich wiederum um das Zentrum der Galaxie.
Und das dreht sich durch diesen dunkle Materie hallo durch.
Das heißt, durch uns, durchfliegt die ganze Zeit dunkle Materie,
aber die reagiert so schwach, dass wir das ihm merken.
Aber es müsste eben doch irgendwann passieren.
Und das genau danach sucht man.
Man baut große Direktoren
Indem man ganz viele Teilchen tut und einfach darauf wartet,
bis ein Atom ohne jeglichen,
ohne jegliches Zutun sich bewegt, abstrahlt, kaputt geht,
kann man verschiedene Sachen testen und wartet einfach darauf,
bis etwas Unerwartetes passiert, bis das Atom abgestoßen wird oder kaputt geht.
Und dann, wenn man alles andere ausschließen kann,
dass nichts passiert ist, kann man sagen,
das muss durch irgendwie eine dunkle Materiereaktion gestattet werden.
Das ist eine Art von Experimenten,
wie man nach dunkler Materie heutzutage sucht.
Da gibt es
hunderte Experimente dieser Sorte
Ist jetzt allerdings kein eindeutigen Kandidaten für dunkle Materie gefunden haben.
Die zweite Methode, nach dunkler Materie, zu tun,
ist noch anders. Also wenn dunkle Materie mit Materiewechselwürgen kann,
dann muss auch dunkle Materie irgendwie in normale Materie
umwandelbar sein mit so einer Reaktion.
Und nach dieser Reaktion kann man so suchen,
man guckt mit einem Teleskop in den Himmel und mal guckt man genau dorthin,
wo viel dunkle Materie ist,
zum Beispiel um so
einen Galaxienkern drumherum oder sowas
In der Art. Und zählt einfach, wie
viele Teilchen kommen von dort. Und man kann vorhersagen,
wie viele normalerweise kommen müssten und das vergleichen mit dem,
falls dunkle Materie die ganze Zeit zerfällt, in normale Materie,
wie viele Teilchen mehr man sehen müsste.
Das ist die sogenannte, während die erste Methode direkte Suche
heißt, ist das die indirekte Suche.
Weil man hier nur nach einfach Teilchen zählt,
die aus Regionen mit dem Klamaterie kommt und das vergleicht mit dem,
was man erwarten würde.
Und so indirekt nachweisen könnte, dass noch eine dunkle Materie
da sein muss, die sich in normale Materie umgewandelt hat
Das wird zum Beispiel mit Athletenexperimenten gemacht,
mit denen man präzise in den Himmel guckt und Teilchen zählt.
Aber es wird auch auf der Erde gemacht,
mit großen Experimenten, um danach zu gucken.
Das ist also Teilchenzellen, die aus dem Universum kommen.
Und die dritte ist eben, sie suche am LAC.
Also hier geht es genau umgekehrt. Also hier haben wir darauf gewartet,
dass dunkle Materie sich auf in normale Materie umwandelt.
Und hier versuchen wir aus normaler Materie, dunkle Materie jetzt zu erzeugen.
Das muss im Prinzip die gleiche Wechselwirkung sein,
nur andersherum
Also hier schießen wir mit Proto und auf Protonen
und waren, ob dunkle Materie erzeugt wird.
Wenn das genau so passiert, sehen wir das nicht.
Dann sehen wir nur, wir haben kollidiert und danach passierte nichts,
weil wir dunkle Materie ja nicht detektieren können.
Aber man kann darüber hinweggehen und nach solchen Ereignissen suchen,
wo nicht nur dunkle Materie erzeugt wurde,
sondern auch noch ein bekanntes Teilchen.
Eins, was wir detektieren können. Wenn wir solche Ereignisse passieren,
dann sehen die wieder genau so aus.
Man hat ein betanntes Teilchen im Detektor
Und weiß, dass hier im Prinzip noch ein anderes Teilchen
auf der anderen Seite entwischt sein muss. Und das ist die Methode,
mit der wir beim LAC nach dunkler Materie suchen.
Also wie man sieht, ist die gleiche Methode,
mit der wir auch nach extra Dimensionen gesucht haben.
Das heißt, diese Messung, die wir machen,
mit denen kann man eigentlich sagen, welches Modell stimmt,
das kann man dann erst im zweiten Schritt.
Hiermit kann man erst mal sagen,
wir haben ein Teilchen gefunden, was wir noch nicht kennen.
Das könnte jetzt aus extra Dimensionen können.
Könnte aber auch dunkle Materie sein. Und als zweiten Schritt
müsste man dann rausfinden, was es denn möglich war
Ja, damit bin ich aber fertig mit den Fragen für heute.
Also hier möchte ich noch mal sagen, worum es ging.
Also ich habe jetzt vier Fragen aus der Zeichenphysik,
die aktuell studiert werden, vorgestellt.
Gibt es neue Kräfte, neue Teilchen? Wie sieht dieses Sixposon
genau aus? Gibt es Phänomene, die erklären können,
warum die Gravitation so schwach ist, zum Beispiel extra Dimensionen?
Und die Frage, was ist denn dunkle Materie eigentlich wirklich?
Und dazu, kurz zusammengefasst, welche Elementarteilchenkräfte wir heutzutage kennen.
Dann bedanke ich mich bei Ihnen und jetzt stehe ich da für Fragen.
Und die Fragen können zu dem Vortrag sein,
können aber auch jegliche andere Fragen,
die damit der Teilchen für Sie zu tun haben,
sein,
ja,
Ja genau, die hätten so eine große Unschärfe, ganz große Impulse.
Und da muss es aber eine ganz starke Kraft geben,
die sie trotzdem zusammenhält. Das ist, das ist der
Punkt. Deswegen muss es nicht nur neue Teilchen geben,
sondern es muss dann auch eine neue Kraft geben,
die noch stärker ist und sie auf noch kleineren Distanzen zusammenhalten können.
Sie haben ja schon riesige Ruhemaßen hier. Das ist 100,
also dieses Quark hat 173 g e.V. als hoher Masse,
also es ist tatsächlich ein riesiges, eine riesige Ruhe,
weißt du, bei manchen Quarks, ja.
Ja, also es gibt diese zwei Wege nach sowas
zu suchen
Also wie man mich das genau vorstellen kann, ist schwer zu sagen. Also die einfachste Vorstellung,
die wir halt, ich habe halt, man kann sich vorstellen,
es sieht so aus wie bei der elektrischen Kraft,
mit so einem Wasserstofferturm, man kann sich aber auch vorstellen,
es funktioniert wie bei der starken Kraft und ist so,
dass man zum Beispiel hier solche drei Quarks in so einem Protonen drin hat oder drei Prioden in einem Quark drin,
könnte man sich vorstellen, es gibt ein paar Theorien,
man hat natürlich nur die einfachsten Sachen sich überlegt,
nämlich Ja, das ist so ähnlich wie Kräfte sind,
die wir schon kennen.
Wie das genau aussehen kann, kann man natürlich nicht sagen.
Man hat ja auch noch keinen Hinweis darauf, dass es
eine Substruktur geben kann. Sobald man den hat,
kann man dann experimentell auch bestimmen, wie diese Struktur genau aussieht.
Und das... Ja. Genau, das ist das Spektrum hier.
Ja, das ist, glaube ich, schwieriger zu verstehen gewesen.
Also man guckt sich an hier, man regt das Chor,
dieses, man regt das Chor an,
dem Dämon mit einem Blue On hier drauf schießt.
Also man kann es sich vorstellen, man schießt mit
einem Elektron auf den Wasserstoffattom, um das Elektron anzuregen.
Sowas ähnliches machen wir hier auch. Und dann zerfällt das Quark,
das angeregte Kork wiederum in ein normales Quark und ein Glur an.
Und wenn man sich jetzt die Masse anguckt,
die dieses angeregte Quark haben müsste, dann kann man das messen,
indem man die Masse von diesem Zwei-Teichen-Zustand anguckt.
Das ist die, die hier aufgetragen ist.
Das ist quasi die Resonanzfrequenz oder die Masse des angeregten Quarks.
Und hier müssten wir dann solche Linien im Prinzip drin sehen,
zusätzlich zu dem Spektrum, was der Untergrund ist.
Ja, das ist eine gute Frage. Das Vorgängerexperiment vom LAC,
das am Tevatron in den USA gelaufen ist,
das hat Proton auf Anti-Protonen geschossen. Zwar aus dem Grund,
dass wenn man neue Teilchen erzeugen will,
muss man ein Teilchen auf ein Antiteichen schießen,
zum Beispiel ein Quark auf ein Abkurk,
auf ein Anti-Abkurk
Deswegen ist das eigentlich die annahenliegendste Lösung, neue Teilchen zu erzeugen,
indem man ein Teilchen auf ein Antitour-Teichen schießt.
Warum wir jetzt hier am LAC das nicht machen,
ist einfach aus technischen Gründen, weil es sehr schwierig ist, Anti-Protonen zu erzeugen.
Und also man kann Größenordnung tausendmal mehr Protonen erzeugen, als man Anti-Protonen erzeugen kann. Und deswegen,
und man will ja so viele Reaktionen wie möglich haben,
deswegen hat man sich für die Protonen entschieden,
mit dem Nachteil, dass diese Quarks, die hier drin sind,
nicht direkt miteinander wechselwirken können und neue Teilchen,
sondern man muss darauf hoffen, Und das ist jetzt eine Eigenschaft von der Stärkenkraft, die ich noch nicht erklärt habe.
Diese Protonen will entstehen, also bestehen in Wirklichkeit aus mehr
als diesen drei Quarks. Da ist mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit
hat man hier auch Anti-Quoks und Blue und Teilchen drin.
Und desto genauer man reinguckt, oder so mit der höheren Energie,
man mit Coture und Aufeinanderschutz schießt,
desto wahrscheinlicher sieht man die anderen Teilchen und nicht die drei Quarks.
Und beim LAC hat man eben eine wesentlich höhere Energie,
Faktor 10 höher als am Temperatron.
Deswegen ist die Wahrscheinlichkeit, diese anderen Teilchen hier drin
zu sehen,
viel höher
Man kann diese, und im Endeffekt ist es,
dann kriegt man mehr Proto- und mehr Anti-Teichen-Teichen-Kollisionen,
wenn man halt Protonen mit einer hohen Energie nimmt statt Anti-Protonen.
Das ist eine rein technische Frage gewesen,
Ja, hier kann ich beide beantworten. Also die erste Frage,
ob das wirklich genauso aussieht, sieht natürlich nicht genauso aus.
Das hätte ich gerade schon versucht anzudeuten,
weil die Quarks eben nicht die Protonen zum Beispiel sehen,
sind nicht genau aus drei Quarks aufgebaut,
die Star da ineinander gepappt sind,
sondern die bewegen sich und mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit wandeln sie sich auch noch in Blumen und Antiteilchen um.
Das heißt, dass das Proton, wenn man sich wirklich vorstellen kann,
ist ein Gewusel aus Quarks und Lohen, dass sie ständig in Bewegung hat,
wegen der Unschärferelation, das ist ständig in Bewegung,
diese Teicham ständig hohe Geschwindigkeiten und werden durch diese Kraft zusammengehalten.
Das heißt, so ein richtiges Foto kann man nicht davon schießen,
weil wenn man ein Foto schießt, sieht man gerade,
wie es gerade aussieht, aber ist die Wahrscheinlichkeit,
dass es anders aussieht, ist immer da.
Die zweite Frage, sorry, was war die zweite Frage,
war Hicks,
Ja, das Hexteilchen, ob es wirklich in der Naturchor kommt.
Also das Hexteilchen, habe ich ja gesagt,
ist quasi nur eine Welle des Hexfeldes.
Das Hexfeld muss natürlich überall in der Natur sein,
um zu erklären, dass die schwache Kraft kurze Distanz hat.
Dieses Teilchen ist eine bestimmte Resonanz in dem Hilfsfeld,
dass wir jetzt künstlich erzeugen am LRC. Die Frage,
ob das so in der Naturchor kommt, ist,
also es passiert natürlich nicht auf der Welt, so einfach,
weil man da eine hohe Energie für braucht,
um so
eine Resonanz zu erzeugen
Passiert schon häufig im Universum, weil zum Beispiel,
wenn man sich vorstellt, in der Sonne herrschen,
noch höhere Energien als wir hier am MLAC erzeugen.
Das heißt dort passiert das auch ständig,
beziehungsweise am Anfang des Universums zur, kurz kurz nach dem Urknall,
waren die Teilchen so dicht zusammen, dass sie,
weil sie dosig zusammen, es war so hohe,
hohe Energie, so hohe Temperatur, dass ständig hexterchen erzeugt wurden.
Also man kann sich vorstellen,
am Anfang News Universums war das hexen ganz normales Teilchen,
was genauso häufig wie jedes andere im Teilteilchen vorkam
Also ja, heutzutage im Alltag sieht man es nicht,
aber das Hexbull so ist eben auch wichtig zum Erklären,
wie ist das Universum entstanden,
weil damals muss das nämlich da sein.
Genau,
gleichberechtigt mit den anderen Teilchen
Ja, dieses, das muss man natürlich künstlich in diese Theorie einbauen,
dass nur die Gravitation in dieser Extradimension flüchtet.
Sobald alle Kräfte in die anderen Dimensionen flüchten könnten,
dann würde dir die Welt zusammenbrechen. Das kann nicht sein.
Also das ist eine künstliche Eigenschaft von der Extradimension Theorie,
dass nur Gravitation dort rein kann und die anderen Kräfte unbeeinflusst sind.
Das ist jetzt nicht, ist nicht, ist was,
was man reinstecken muss in die Theorie
Ich gehe mal zurück zur Tabelle. Es gibt die Laptoren
noch. Ja, da ist er. Ich kann mal
sagen, welche Kräfte auf welche Teilchen wirken.
Also die Quarks, die interagieren mit allen Kräften
Das heißt, die werden von der starken Kraft im Atomkern gehalten,
von der elektrischen auseinandergedrückt und von der schwachen, zerstört, umgewandelt.
Die Laptoren, die wirken, auch die wirkt nicht die Sprachstarke Kraft.
Auf die wirkt nur die elektromagnetische und die schwache Kraft. Das heißt,
die können im Atomkern gehalten, im Atom gehalten werden,
aber wir sind von der schwachen Kraft nicht beeinflusst und können
durch die schwache Kraft zum Beispiel beim radioaktiven Zweifel umgewandelt werden.
Deswegen klassifiziert man, das sind Teilchen, die stark wechselwirken,
das sind Teilchen, die nicht stark wechselwirken.
Und die Eichpersonen sind eine ganz andere Sorte von Teilchen,
sind die sogenannten Austauschteilchen, die wir ansehen als Teilchen,
die die Kräfte ausbeschreiben.
Also zum Beispiel die elektrische Kraft wird durch Austausch dieses Bällewerfen von Fotonen beschrieben,
die schwache Kraft durch Austausch von W und Z-Boson.
Und die starke Kraft durch Austausch von Lohren.
Also das ist für jede Kraft wird durch ein neues Teilchen
hier beschrieben. Und das Hixposon hat diese besondere Rolle,
dass es den anderen Teilchen die Masse gibt
Ja, das ist elektronisches Eins.
Ist das hier einfach, ja. Ja, die,
also die kommen nicht direkt in der Materie vor,
aber die haften quasi die Materie zusammen.
Das ist die Kraft. Also eher das Photon,
sorgt quasi dafür, dass das Elektronen und der Brotkern sich anziehen.
Und das Klon klebt quasi den Atomkern zusammen.
Deswegen heißt auch Glorn,
weil es klebt
Und ja, es kommt auch hier diese geschwungenen Linien,
das soll ein Gloren sein, die diese Quarks zusammenhalten.
Lass uns die Wellenlänge, die diesen Teilchen entspricht. Also ja,
also analog zu dieser, zum Licht hier,
ein Licht mit zwei Elektronen, Volt, Energie,
chinesische Energie, hat eine Wellenlänge von 500 Lanometern.
Im Prinzip kann man auch die Energie von einem Proto
und in eine Wellenlänge umrechnen.
Ja, ich sehe jetzt direkt
keine weiteren Fragen