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TESLA : Linearbeschleuniger

TESLA : Linearbeschleuniger. e. e. Achim Stahl DESY Zeuthen. TESLA : Linearbeschleuniger. e. e. Strukturforschung. Teilchenphysik. Achim Stahl DESY Zeuthen. TESLA Beschleunigeranlage. 33 km Tunnel. 5.2 m Ø. Experimentiergelände bei Ellerhoop. Kreisbeschleuniger.

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TESLA : Linearbeschleuniger

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Presentation Transcript

  1. TESLA: Linearbeschleuniger e e Achim Stahl DESY Zeuthen

  2. TESLA: Linearbeschleuniger e e Strukturforschung Teilchenphysik Achim Stahl DESY Zeuthen

  3. TESLA Beschleunigeranlage

  4. 33 km Tunnel 5.2 m Ø Experimentiergelände bei Ellerhoop

  5. Kreisbeschleuniger Linearbeschleuniger (Speicherring)

  6. Kreisbeschleuniger Linearbeschleuniger (Speicherring) Wechselwirkungswahrscheinlichkeit ca. 10-19 pro e pro Kollision

  7. Kreisbeschleuniger Linearbeschleuniger (Speicherring) Wechselwirkungswahrscheinlichkeit ca. 10-19 pro e pro Kollision Kreisbeschleuni- gung Strahlungsverlust 4 p a E4 DE =--------- ---------- 3 m4 R

  8. Kreisbeschleuniger Linearbeschleuniger (Speicherring) Wechselwirkungswahrscheinlichkeit ca. 10-19 pro e pro Kollision Kreisbeschleuni- gung Kein Strahlungsverlust 500 GeV 800 GeV ? Strahlungsverlust 4 p a E4 DE =--------- ---------- 3 m4 R 209 GeV

  9. Teilchenbeschleunigung Elektrostatischer Beschleuniger Bis einige MeV

  10. Teilchenbeschleunigung Mikrowellen-Beschleuniger } 23.4 MeV / Meter  500 GeV 10 km 35. MeV / Meter  800 GeV

  11. Teilchenbeschleunigung Mögliche Verbesserungen : Höhere Feldstärken • Grenze: Feldstärken an den Oberflächen • Zusammenbruch der Supraleitung • Feldemission von Elektronen Längere Beschleunigungsstrecke Grenze: Kosten

  12. Beschleunigungsmodule: supraleitend Extreme Anforderungen • Reinheit • Rauhigkeit der Oberfläche Chemische Politur Elektropolitur

  13. Beschleunigungsgradienten 9-zellige Module Produktionsserie Einzelne Zelle Prototyp Chemische Politur Elektropolitur 23.3 +/- 2.3 MV/m ca. 35 MV/m

  14. TTF: TESLA Test Facility Aufbau eines Moduls Aus 8 9-Zellern

  15. TTF: TESLA Test Facility 22 MV/m erreicht Blick auf die Quelle entlang des Beschleunigers

  16. Teilchenphysik mit TESLA e+ e- Kollisionen Energie (c.m.) : bis 500 / 800 GeV Luminosität: 3.4 1034 cm-2 s-1 (bei 500 GeV) • - gg e-g e-e- • -TESLA – HERA • e- Nukleon • Giga Z0

  17. Auf der Suche nach dem Ursprung der Masse ~ meV 511 keV ~ 3 MeV ~ 5 MeV ~ meV 105 MeV 120 MeV 1.2 GeV ~ meV 1.8 GeV 4.2 GeV Materie (Fermionen) 175 GeV

  18. Auf der Suche nach dem Ursprung der Masse Masse 0 Masse 0 Masse 0 80.4 GeV Kräfte (Bosonen) 91.2 GeV

  19. Higgs-Mechanismus • Alle Teilchen sind masselos • Alle Teilchen erscheinen • massebehaftet, durch • Wechselwirkung mit einem • Hintergrundfeld

  20. Kräfte: Reichweite und Masse Oberfläche ~ r2  Dichte der Feldquanten ~ ---- 1 r2 1  Kraft ~ ---- r2 bei masselosen Feldquanten Coulomb-Gesetz Gravitationsgesetz

  21. Massive Photonen in der Supraleitung Meißner – Ochsenfeld Effekt : Verdrängung des Magnetfeldes aus dem Supraleiter

  22. Massive Photonen in der Supraleitung Meißner – Ochsenfeld Effekt : Verdrängung des Magnetfeldes aus dem Supraleiter

  23. Massive Photonen in der Supraleitung Meißner – Ochsenfeld Effekt : Verdrängung des Magnetfeldes aus dem Supraleiter

  24. Massive Photonen in der Supraleitung Meißner – Ochsenfeld Effekt : Verdrängung des Magnetfeldes aus dem Supraleiter Uminterpretation

  25. Massive Bosonen in der Teilchenphysik Masselose Teilchen + Wechselwirkung mit dem Higgsfeld ~ g2 v2

  26. Massive Bosonen in der Teilchenphysik Teilchen mit effektiver Masse Uminterpretation

  27. Das Higgs-Feld erzeugt Masse durch Wechselwirkung Das Higgs-Boson erscheint selbst

  28. Das Hintergrundfeld Oszillator - Potential keine Feldquanten im Vakuum keine Wechselwirkung der Quanten

  29. Das Hintergrundfeld Oszillator - Potential Higgs – Potential keine Feldquanten im Vakuum keine Wechselwirkung der Quanten Selbstwechselwirkung Feldquanten erfüllen das Vakuum

  30. Vier Fragen: • Existiert ein Higgs-Feld ? • Erfüllt es den ganzen Raum ? • Erzeugt es die Masse der Bosonen ? • Erzeugt es auch die Fermion-Massen ?

  31. Zwei starke Partner : Studium des Higgs-Mechanismus Higgs Entdeckung bei LHC beiTESLA

  32. Higgs Studien bei TESLA GH MH gHVV JPC gHff V(F)

  33. Forschung mit dem Röntgenlaser Strukturunter- suchungen • Atome, Moleküle, Cluster • z.B. Mehrfachionisationen • Plasmaphysik • Erzeugung und Spektroskopie • Festkörperphysik • Phasenübergänge • Struktur von Flüssigkeiten • Oberflächen und Grenzflächen • Dynamische Prozesse • Materialwissenschaften • Hohe Durchdringungskraft • Nanostrukturen • Chemie • Reaktionsdynamik • Biomedizin • Atomare Struktur biol. Proben • Nichtlineare Prozesse

  34. Forschung mit dem Röntgenlaser Strukturunter- suchungen • Atome, Moleküle, Cluster • z.B. Mehrfachionisationen • Plasmaphysik • Erzeugung und Spektroskopie • Festkörperphysik • Phasenübergänge • Struktur von Flüssigkeiten • Oberflächen und Grenzflächen • Dynamische Prozesse • Materialwissenschaften • Hohe Durchdringungskraft • Nanostrukturen • Chemie • Reaktionsdynamik • Biomedizin • Atomare Struktur biol. Proben • Nichtlineare Prozesse

  35. Freie – Elektronen - Laser Undulator P ~ Ne lU lrad = ------- (1 + K2) 2 g2

  36. Freie – Elektronen - Laser Röntgenlaser Self- Amplification of Spontaneous Emission Kohärenz ! P ~ Ne2 lU lrad = ------- (1 + K2) 2 g2

  37. Freie – Elektronen - Laser Röntgenlaser Self- Amplification of Spontaneous Emission Kohärenz ! P ~ Ne2 lU lrad = ------- (1 + K2) Simulation 2 g2

  38. TTF - FEL

  39. TTF - FEL

  40. TESLA - FEL Laserparameter : Wellenlänge: 1-5 Å Strahlquerschnitt: 100 mm Strahldivergenz: 8 mrad Pulsdauer: 100 fs Bandbreite: 8 10-4 Pulsleistung: 37 GW Photonen/Puls: 1.8 1012

  41. TESLA - FEL Atomare Ortsauflösung Laserparameter : Wellenlänge: 1-5 Å Strahlquerschnitt: 100 mm Strahldivergenz: 8 mrad Pulsdauer: 100 fs Bandbreite: 8 10-4 Pulsleistung: 37 GW Photonen/Puls: 1.8 1012 Zeitauflösung thermische Bewegungen Hohe Intensität

  42. TESLA - FEL Laserparameter : Wellenlänge: 1-5 Å Strahlquerschnitt: 100 mm Strahldivergenz: 8 mrad Pulsdauer: 100 fs Bandbreite: 8 10-4 Pulsleistung: 37 GW Photonen/Puls: 1.8 1012

  43. TESLA - FEL Laserparameter : Wellenlänge: 1-5 Å Strahlquerschnitt: 100 mm Strahldivergenz: 8 mrad Pulsdauer: 100 fs Bandbreite: 8 10-4 Pulsleistung: 37 GW Photonen/Puls: 1.8 1012

  44. Bsp. 1: Zeitaufgelöste chemische Reaktionen

  45. Relaxation von C9N2H10 Organischer Feststoff  Photochemie • UV-Absorption in Blütenblättern • Laserfarbstoff • Optoelektronik: Schalter/LEDs • Medizin: Flureszensstandard hn Optische Pump-and-Probe Exp.  Energieniveaus X-FEL Pump-and-Probe Exp.  Strukturelle Veränderung Struktur mit Synchro- tronstrahlung bestimmt

  46. Bsp 2: Strukturanalyse von Biomolekülen Röntgenbeugung mit Synchro- tronstrahlung (HASYLAB) Mit Synchrotron- strahlung möglich, aber … • Nur an kristallisierten • Proben • Strahlenschädigung • der Proben • Verbesserung der • Auflösung  Röntgenlaser Ein Ribosom koppelt an die RNA

  47. Strukturanalyse an Einzelmolekülen RUBISCO (Enzym, CO2 Aufnahme) Simuliertes Interferenzmuster Einzelmoleküle ! Rekonstruierte Struktur (3-D) Elektornendichte aus der PDB

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