Was ist Physik?

1. Was ist Physik? Caren HagnerUni Hamburg

2. Max Planck (1858-1947) Soll man Physik studieren? Antwort von 1874: Nicht lange danach entstanden: • Relativitätstheorie • Quantenmechanik • … "Theoretische Physik, das ist ja ein ganz schönes Fach... aber grundsätzlich Neues werden sie darin kaum mehr leisten können." Ph.v. Jolly zu M. Planck, 1874

3. Nobelpreis 1921 Albert Einstein (1879 – 1955) • 1905: “Annus Mirabilis” Spezielle RelativitätstheorieE = mc2Lichtquanten: PhotonenPhotoelektrischer EffektBrownsche Bewegung • 1916: Allgemeine Relativitätstheorie • 1925:Bose-Einstein Kondensation "for his services to Theoretical Physics, and especially for his discovery of the law of the photoelectric effect"

4. Theorie und Experiment am Beispiel der Entdeckung des Neutrinos

5. Aber dies wurde gemessen! Wolfgang Pauli „erfindet“ das Neutrino (1930) Energiespektrum der Elektronen beim β-Zerfall n So sollte es aussehen Als Lösung postuliert W. Paulidas Neutrino Zahl der EleKtronen Energie des Elektrons

6. Liebe radioaktive Damen und Herren, wie der Überbringer dieser Zeilen, den ich huldvollst anzuhören bitte, Ihnen des näheren auseinandersetzen wird, bin ich angesichts... des kontinuierlichen Beta-Spektrums auf einen verzweifelten Ausweg verfallen, um ... den Energiesatz zu retten. Nämlich die Möglichkeit, es könnten elektrisch neutrale Teilchen, die ich Neutronen nennen will, in den Kernen existieren, welche das Ausschließungsprinzip befolgen und sich von Lichtquanten außerdem noch dadurch unterscheiden, daß sie nicht mit Lichtgeschwindigkeit laufen. Ihre Masse müßte von derselben Größenordnung wie die Elektronenmasse sein. Ich traue mich vorläufig nicht, etwas über diese Idee zu publizieren, und wende mich vertrauensvoll an Euch, liebe Radioaktive, mit der Frage, wie es um den experimentellen Nachweis stände, wenn dieses Neutron ein ebensolches oder etwa 100 mal größeres Durchdringungsvermögen besitzen würde wie ein Röntgenstrahl. Ich gebe zu, daß mein Ausweg vielleicht von vornherein wenig wahrscheinlich erscheinen mag, weil man die Neutronen, wenn sie existieren, wohl längst gesehen hätte. Aber nur wer wagt, gewinnt, und der Ernst der Situation beim kontinuierlichen Beta-Spektrum wird durch einen Ausspruch meines verehrten Vorgängers im Amte, Herrn Debye, beleuchtet, der mir kürzlich gesagt hat: ’Oh, daran soll man am besten gar nicht denken, so wie an die neuen Steuern.’ Darum soll man jeden Weg zur Rettung ernstlich diskutieren. Also, liebe Radioaktive, prüfet und richtet. Leider kann ich nicht persönlich in Tübingen erscheinen, da ich infolge eines in der Nacht vom 6. zum 7. Dezember in Zürich stattfinden Balles hier unabkömmlich bin. Mit vielen Grüßen an Euch, Euer untertänigster Diener ... Wolfgang Pauli

7. e- Proton Q = +2/3 Q=-1/3 ve u Q = -1/3 d u Q = +2/3 Zerfall des Neutrons - Geburt des Neutrinos Neutron d Verantwortlich für die Umwandlungdes d-Quarks in u-Quark:schwache Kernkraft(elektroschwache Wechselwirkung)

8. Wolfgang Pauli in Hamburg (1955) 1925 Kopenhagen @CERN Geneva 1922 Assistent an der Universität Hamburg1924 Habilitation in Hamburg (Entdeckung des Ausschließungsprinzips)1945 Nobelpreis für das Ausschließungsprinzip

9. Erster Nachweis des Neutrinos 1956 • Neutrinos erzeugt durch Kernreaktor • Nachweis durch Neutrinoeinfang, Szintillator, PMT’s • Nobelpreis für Reines 1995 F. Reines1995 Cowan und Reines

10. c t vμ vτ μ τ s b Fundamentale Teilchen Quarks: Leptonen: u ve e d Graviton Photon Gluon W,Z Austauschteilchen der Kräfte:

11. Gravitation Elektroschwache Wechselwirkung Starke Wechselwirkung: Quantenchromodynamik(QCD) Quantenmechanik Relativitätstheorie Fundamentale Theorien Elektromagnetismus Schwache Wechselwirkung ? Stringtheorie Supersymmetrie

12. Grosse Fragen in der Teilchenphysik: • Gibt es das Higgs-Teilchen?Wie werden die Teilchenmassen erzeugt? • Warum Materie – Antimaterie Asymmetrie? (CP-Verletzung) • Wie groß ist die Neutrinomasse? • Gibt es Supersymmetrie? • Wie hängen die 4 fundamentalen Wechselwirkungen zusammen? GUT? Stringtheorie?

13. WMAP Kosmologie wird experimentell !

14. Woraus besteht das Universum? • 4% bekannte Materie(Protonen, Neutronen…) • 23% kalte dunkle Materieunbekannte Teilchen! • 76% dunkle EnergieNiemand weiss bisherwas das ist!

15. Teilchenphysik in Hamburg: DESY • Eines der weltweit führenden Beschleunigerlabors:Erster Nachweis des Gluons!Wesentliche Beiträge zur QCD, Physik schwerer Quarks (c und b quark),Physik des Tauleptons • Im Moment Beschleuniger HERA (Experimente H1 und ZEUS) • Zukunft: Beteiligung an ILC (International Linear Collider) • Physik mit Synchrotronstrahlung • Zukunft: europäisches Röntgenlaserprojekt XFEL

17. Neue Beschleunigungstechnik @ DESY ILC XFEL

18. Teilchenphysik in Hamburg: CMS • Beteiligung am LHC Programm des CERN(CMS Experiment: ~ 2000 Physiker!)

19. Neutrinostrahl (vμ) vom CERN zum Gran Sasso Untergrundlabor LNGS 732 km Neutrinooszillationen ! Teilchenphysik in Hamburg: Neutrinos • Beteiligung am OPERA Experiment am Gran Sasso Untergrundlabor in Italien

20. Neutrinos vom CERN Gran Sasso Untergrundlabor LNGS

22. + Astroteilchenphysik in Hamburg • Beteiligung am HESS Experiment in NamibiaAtmosphärisches Cerenkov Teleskop für hochenergetische Gammastrahlen ( ~ 100 GeV - TeV Bereich) Supernova-Überrests RX J1713.7-4946 im Sternbild Scorpio

23. Neues Bild der Milchstraße! Große Frage der Astroteilchenphysik:Was sind die extrem hochenergetischen Teilchen (1020eV!) ?Wie und wo werden sie so stark beschleunigt?

24. Interessante Experimente

25. Super-KamiokandeNeutrinodetektor(Japan):SonnenneutrinosAtmosphärische NeutrinosBeschleunigerneutrinosReaktorneutrinos

26. Wiederaufbau fand (teilweise) statt

27. Neutrinoteleskope: ANTARESim Mittelmeer (2400m Tiefe) 350 m 100 m

28. Neutrinoteleskope: AMANDAam Südpol (im Eis 2000m Tiefe) South Pole Dome road to work AMANDA Summer camp 1500 m Amundsen-Scott South Pole station 2000 m [not to scale]

29. AMANDA Deployment

30. Physik - Grundlagenforschung • Hochenergiephysik • Fusionsforschung • Astrophysik • Astroteilchenphysik • Hadronen- und Kernphysik • Kondensierte Materie

31. Atom- und Molekülphysik • Institut für Laserphysik:Eigenschaften von kohärentem Licht und kohärenter Materie, sowie deren Wechselwirkungen Neuartige Laserquellen Bose-Einstein Kondensation

32. Kondensierte Materie – Strukturen • Hamburger MikrostrukturzentrumHalbleitertechnologie, Rastersensormethoden, dünne Schichten, Nanotechnologie, Grenzflächenphysik,Supraleitung und Magnetismus

33. Physikstudium in Hamburg • Fachbereich Physik steht in Forschungsrankingsan vorderster Stelle(neben TU München, RWTH Aachen, Uni Heidelberg) • Evaluation der Forschung durch das BMBF ergabexzellente Bewertung • Sie haben die Qual der Wahl zwischenhervorragenden Forschungsgruppen, die alle an der„cutting edge“ der Physik arbeiten.

34. Gute Berufsaussichten • Arbeitsmarkt für Physiker hat sich stabilisiert • Erhöhte Chancen wenn Arbeitssuche nicht nur in den traditionellen Gebieten • Mittelfristig wird Mangel in Natur- und Ingenieurswissenschaften erwartet

35. Zusammenfassung • Physik ist „schweres“ Studium • Es lohnt sich aber! • Chance die Grenzen unseres Wissensselbst zu erweitern. Forschung an vorderster Front! • Sehr vielseitige Tätigkeiten - Für jeden etwas:Bastler, Abenteurer, Künstler, Buchhalter, Politiker, Manager, Lehrer… • Anforderungen (außer den fachlichen): Flexibilität, Lernbereitschaft (auch später!), Teamfähigkeit, Fremdsprachen, Kreativität • Hamburg bietet ausgezeichnete Chancen • Berufsaussichten (relativ) sehr gut

36. Ende