RELATIVITAT, QUANTEN¨ und FELDER · 2016. 3. 1. · Sherlock Homes: The Sign of Four – A.C....
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RELATIVIT AT, QUANTEN
und FELDER
Konzepte der Teilchenphysik
J. H. Kuhn
Universitat Karlsruhe (TH)Forschungsuniversitat • gegrundet 1825
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Neue Konzepte
weit entfernt von der Anschauung
aber
tiefere Einsichten,experimentell verifizierbar
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Quantenfeldtheorie
Relativit at
Quanten
Felder
Fundamentale Bausteine der Materie
Offene Fragen
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Relativit atstheorie
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Maxwell-Gleichungen=⇒ Ausbreitung von Licht gleich in jedem Bezugssystyem
v = vSchall/2
v = 2vSchall
elektromagnetische Welle
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Spezielle Relativitatstheorie (Einstein 1905)
E = mc2
Massendefekt:
Atomphysik (Chemie)
e +p −→H +13eV0.511MeV+ 938.272MeV = 938.783MeV
EBind/mc2≈ 1/100000000
Kernphysik (Energieerzeugung in der Sonne)
4p + 4e−→ He+ 2ν + 30MeV EBind/mc2≈ 1%
Teilchenphysik
e++ e−
︸ ︷︷ ︸
In Ruhe
−→ γ + γ︸ ︷︷ ︸
1.022MeV
Massendefekt = 100%
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Quanten
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Strahlungsformel(1900)
Energie der Oszillatoren”gequantelt“
E = hνν: Frequenz
Atome emittieren Energie in Paketen≡ Photonen
Planck
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Quantisierungsbedingung(1913)
nur diskrete Energieniveaus
En = −E0
n2 ; E0 = 13.6 eV
Photonen:Eγ = En−Em
nur diskrete Energien
Atome sind stabil; Spektren immer gleichBohr
Elektronen breiten sich aus wie Wellen(1924)
(Teilchen⇔ Welle)
de Broglie
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Schrodingergleichung(1925-1927)
Energieniveaus ˆ= Schwingungszustande
Schrodinger
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Felder
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ELEKTROMAGNETISCHES FELD
⇒ ELEKTROMAGNETISCHE WELLE
Maxwell Hertz
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Anderung im
elektrischen Feld=⇒
Anderung im
magnetischen Feld=⇒
Anderung im
elektrischen Feld=⇒ . . .
=⇒ Welle; Ausbreitung mit Lichtgeschwindigkeit
Licht ≡ elektromagnetische Welle
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Quantenfeld
Dualit at
Welle⇐⇒ Teilchen (Photon)
Einstein
alle Photonen gleicher Energie sind identisch (Laser)
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Quantenfeldtheorie
Elektronen sind quantisierte Schwingungen des Elektron-Feldes
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⇒ alle Elektronen sind identisch!
etwa100.000.000.000.000.000.000.000︸ ︷︷ ︸
Elektronen in 1 Liter Wasser
23 Nullen sind identisch
6.700.000.000 Menschen sind verschieden
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Relativitatstheorie + Quantenfeldtheorie
⇒ Existenz von Antimaterie
Dirac
Elektron ↔ Positron
Proton ↔ Antiproton...
Teilchen ⇔ Antiteilchen (gleiche Masse)
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Beliebige Teilchen und Antiteilchen konnen im Labor erzeugt werden,
wenn die Energie groß genug ist.
e+ e− −→”virtuelles“ Photon−→ µ+ µ−
reine Feldenergie
Muon= schwerer Partner desElektrons, mµ ≈ 200me
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LEP: LargeElectronPositron Collider: E ≈ 200GeV
(Elektronen durchlaufen Potentialdifferenzen von 2× 100000000000 Volt)
Energie-Aquivalent eines Bleikerns
reine Feld-Energie, konzentriert in 10−3 fm
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LHC: LargeHadronCollider (ab 2009)
Energie= 14 000 GeV
(Energie-Aquivalent von 70 Bleikernen in winzigem Volumen)
→ Vortrag Muller
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Fundamentale Bausteine der Materie
Leptonen (Elektron, Muon, Tau; Neutrinos)
Quarks . .u d u: Proton . .u d d
: Neutron
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νe
e
νµ
µ
ντ
τ
leptons
⇐=
⇐=
top
bottom
Experimente mit
Karlsruher Beteiligung
in den USA
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� �
bsd
cu t
e
22
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Zusammenfassung
RELATIVIT ATSTHEORIE+ QUANTENMECHANIK + FELDER
+ LEPTONEN+ QUARKS
⇒ KONSISTENTE THEORIE⇒
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Offene Fragen
Higgs Boson
Dunkle Materie
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Higgs Boson
Wie erhalten Teilchen ihre Masse?
⇒ Bewegung durch ein universelles Feld⇒ bezeichnet nach dem Theoretiker Higgs
Schwingungen des Higgs-Feldes
⇒ Higgs-Teilchen?
(noch nicht beobachtet)
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Dunkle Materie
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Dunkle Materie
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⇒ neue Teilchen erforderlich, vorhergesagt inSupersymmetrischen Theorien
1300 Zitate 700 Zitate
Suche nach diesen
Teilchen am LHC
Wess
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Folgerungen fur unser Weltbild,
die Rolle von Raum, Zeit und Materie
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There are difficulties; there are certainly difficulties ....
Have you any alternative theory which will meet the facts?
Sherlock Homes: The Sign of Four – A.C. Doyle
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