12 wesentliche Entdeckungen in der Physik der Elementarteilchen

1. 12 wesentliche Entdeckungenin der Physik der Elementarteilchen Eine kurze Zusammenfassung von 100 Jahren Forschung Prof. Dr. Jörn Bleck-Neuhaus, Universität Bremen Fachbereich Physik/Elektrotechnik Jun 2009

2. Elementare Teilchen vs. Klassische Physik Inhalt • Klassische Physik (und ein wenig über Quanten) • 12 Entdeckungen mit Elementaren Teilchen J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

3. Elementare Teilchen vs. Klassische Physik Inhalt Inhalt • Klassische Physik (und ein wenig über Quanten) • 12 Entdeckungen mit Elementaren Teilchen J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

4. Elementare Teilchen vs. Klassische Physik Inhalt Inhalt • Klassische Physik (und ein wenig über Quanten) • 12 Entdeckungen mit Elementaren Teilchen • Resumé J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

5. Elementare Teilchen vs. Klassische Physik Inhalt Inhalt • Klassische Physik (und ein wenig über Quanten) • 12 Entdeckungen mit Elementaren Teilchen • Resumé J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

6. I. Die ganze klassische Physik • Mechanik • Newton • Einstein • Newton • Coulomb / Lorentz • Elektrodynamik • Maxwell-Gleichungen (so zusammengefasst in Feynman Lectures on Physics; Bd. 2) J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

7. I. Die ganze klassische Physik – und ein wenig von Quanten • Wellenmechanik • Wellenfunktion • Schrödinger-Gleichung • Welle-Teilchen-Dualität • Wahrscheinlichkeits-Amplitude • Superposition und Interferenz • Quantisierung von • Energie • Impuls • Drehimpuls • Spin • Gebrochene Quantenzahl Ausgangspunkt für die Frage: Was bringen die Elementarteilchen Neues? J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

8. Elementare Teilchen vs. Klassische Physik Inhalt Inhalt • Klassische Physik (und ein wenig über Quanten) • 12 Entdeckungen mit Elementaren Teilchen • Resumé J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

9. #1: Es gibt Elementarteilchen! • Die Existenz von Elementaren Teilchen entwickelte sich von einer philosophischen Idee zur Realität der Experimentellen Physik. • Was ist genau genommen ein Elementarteilchen? • Ein Teilchen ohne Ausdehnung • und ohne innere Struktur • Solche Teilchen heißen auch: fundamentale Teilchen • Beispiele: • Elektron, Photon, Quark • Myon, Pion, Neutrino, W-Boson, Z-Boson, Gluon, ... • Elementare Teilchen sind definierte, genau vermessene Objekte: • Masse, Ladung, Spin, Magnetisches Moment – bestimmt mit höchster Genauigkeit • z.B. J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

10. #1: In der klassischen Physik kann es keine Elementar-Teilchen geben • Auch der Massenpunkt ist kein Elementar-Teilchen ? • Nein: in der klassischen Mechanik ist der Massenpunkt nur ein Näherungskonzept zwecks Vereinfachung der Formeln (z.B. für einen ganzen Planeten in den Formeln der Himmelsmechanik) • Elementar-Teilchen mit bestimmten festgelegten Eigenschaften sprengen notwendigerweise den Rahmen der klassischen Physik - denn ihre Gesetze sind „invariant in Bezug auf die Skala“ , • (Sie werden z.B. unverändert genutzt für die Planeten wie für die Elektronen im Bohrschen-Atom-Modell.) • denn einen wirklichen Massen-PUNKT kann es nicht geben, • (Er hätte ein Gravitationsfeld mit unendlichem Energie-Inhalt und daher auch unendliche Masse – vgl. den „klassischen Elektronen-Radius“) • - und einen ausgedehnten Körper ohne innere Struktur auch nicht. • (Da er keine elastische Welle tragen kann, müsste ein kurzer Stoß an seiner „Vorderseite“ sofort – d.h. mit Überlichtgeschwindigkeit - hinten erscheinen.) J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

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12. #2: Es gibt nur wenige Arten von elementaren Teilchen • 2 Arten Fermionen für die „Materie“: • das Lepton ( z.B. Elektron: Bestandteil der Atomhüllen) • das Quark ( z.B. u und d: Bestandteileder Kern-Materie) • 3 Arten Bosonen für die Wechselwirkungen (alias Kraftfelder, Strahlung): • das Photon (für den Elektromagnetismus) • das Gluon (für die Starke Wechselwirkung, z.B. Kernkraft) • das W±- und Z°-Boson (für die Schwache Wechselwirkung, z.B. ß-Radioaktivität) • Die Fermionen erfüllen zwei Erhaltungssätze für die Teilchenzahl: • die Zahl der Leptonen bleibt konstant • die Zahl der Quarks bleibt konstant Quanten der stabilen Materie Antiteilchen werden mit -1 gezählt Quanten der Strahlungs- oder Kraftfelder Die Bosonen können ohne Beschränkung der Zahl erzeugt oder vernichtet werden => der Kern des Standard-Modells in der Elementarteilchen-Physik J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

13. #2: Die klassische Physik ? kann zu den Typen von Elementaren Teilchen auch nichts sagen. J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

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15. #3: Elementare Teilchen kann man erzeugen und vernichten • Beispiele: • Emission / Absorption von Lichtquanten (Photonen) • Erzeugung von Elektronen (oder Positronen) in der ß-Radioaktivität • Beginn und Ende der Spuren von ionisierenden Teilchen in der Nebelkammer oder Photoplatten • (Erzeugung/Vernichtung von Fermionen: immer im Teilchen-Antiteilchen Paar ) • Formalismus der „Zweiten Quantisierung“: • Erzeugung/Vernichtung = Zustands-Änderung von n Teilchen zu (n±1) • Operator für Erzeugung eines Teilchens mit Impuls • Operator für Vernichtung eines Teilchens mit Impuls • der Vakuum-Zustand des Systems : Anwendungsbeispiel : J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

16. #3: Klassische Physik kennt weder Erzeugung noch Vernichtung von Materie. • Im Gegenteil: • es gilt das Gesetz von der Erhaltung der Masse, aufgestellt nach sorgfältigsten Messungen im 18. Jhdt., • gültig auch für chemische Reaktionen (von grundlegender Wichtigkeit für die Entwicklung der Chemie!) • bestätigt (im 19. Jhdt.) auch für biologische Prozesse • Erscheinen oder Verschwinden eines materiellen Gegenstands war Zauberei oder Teufelswerk (und wurde entsprechend geahndet). Aber der Massendefekt in den Kernen ? Relativitätstheorie (1905): oder Bei der Bildung des Kerns aus seinen Nukleonen verschwindet die Masse Δm nicht einfach, sondern fliegt als Strahlung fort (z.B. Radioaktivität oder Energie-Abstrahlung der Sonne) J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

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18. + - #4: Es gibt Anti-Teilchen • Jedes Fermion existiert in 2 Formen: Teilchen oder Antiteilchen • Teilchen oder Antiteilchen unterscheiden sich lediglich durch das Vorzeichen der Ladung (Ladung jeden Typs). • Folge für einPaar Teilchen-Antiteilchen • zusammen haben sie Ladung Null • zusammen können sie verschwinden, ohne einen der Ladungserhaltungssätze zu verletzen: Prozess der Paar-Vernichtung • die Energie, der Impuls und der Drehimpuls bleiben dabei erhalten: andere Teilchen (Bosonen) oder Paare Teilchen-Antiteilchen (Fermionen) entstehen und fliegen weg: Vernichtungsstrahlung Beispiel der Vernichtungsstrahlung: J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

19. #4: Klassische Physik und Anti-Teilchen? Fehlanzeige J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

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21. #5: Teilchen sind ununterscheidbar • Teilchen (einer Sorte) • sind nicht nur vollkommen gleich, • sondern mehr:ununterscheidbar d.h., sie haben exakt die gleichen Eigenschaften (Masse, Spin, Ladung(en) …) d.h., es ist logisch falsch , ihnen verschiedene Namen (Nummern, Buchstaben,...) zu geben • Beispiel: 2 gleiche Fermionen • Ein Elektron “A” in einem Zustand : ψ1(Koordinaten “A”)und ein “B” im (dazu orthogonalen) Zustand: ψ2(Koordinaten “B”) • 2 Elektronen bilden einen antisymmetrischen 2-Teilchen-Zustand ψ : • ψ(Koordinaten A,B) = ψ1 (A)ψ2(B) - ψ1(B)ψ2(A) • Aus diesem System im Zustand ψkann man mit 100% Sicherheit • ein Elektron herausholen im Zustand φ1 = (ψ1 - ψ2) /√2 • und das andere Elektron bleibt zurück im Zustand φ2 = (ψ1+ ψ2) /√2 • Frage: welches Elektron wurde herausgenommen – “A” oder “B” ?? J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

22. #5: Identische Teilchen in 2. Quantisierung • den 2-Teilchen-Zustand erzeugen: • Vernichtungs-Operator für Zustand φ1 : • ein Elektron im Zustand φ1 extrahieren: das Resultat ergab sich automatisch richtig für die Durchführungder Rechnung: ( “Quantensprung” ) Ein weiterer Vorteil der 2. Quantisierung: damit ein Teilchen seinen Zustand wechselt    bietet sich der Übergangs-Operator     ( “wirf eins weg, mach dir ein neues - sind doch identisch!” ) kein Platz mehr für die „dumme“ Frage: wo ist das Elektron während des Sprungs? J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

23. #5: Klassische Physik und ununterscheidbare Teilchen ? • Statistische Mechanik Entropie = Boltzmann-Konst. x log( Anzahl möglicherRealisierungen des gleichen Makro-Zustands ) Zwei Gase: gleiche Gase: N1 , P , T , S1 N2 , P2 , T2 , S2 N2 , P , T , S2 Anzahl der Realisationen mit Austausch von Teilchen zwischen beiden Teilvolumen “ Gibbssches Paradox “ : diese Entropiezunahme ist falsch • Lösung per (Koch-)Rezept: (kaum verstanden vor der Entdeckung der Quantenmechanik): • - die Möglichkeiten der Vertauschung “gleicher” Teilchen einfach nicht beachten - J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

24. #5: Klassische Physik und ununterscheidbare Teilchen ? • Resumé: • Gleiche Teilchen sind ununterscheidbare Teilchen. • Teilchen sind nur verschieden, wenn sie verschiedene physikalische Eigenschaften haben. • Vom momentanen Zustand abgesehen, hat ein Teilchen keine Eigenschaft um es von anderen Teilchen der selben Sorte unterscheiden zu können. • Es ist schon logischfalsch, einem Teilchen einen Namen (oder Nummer) zu geben um es von anderen der selben Sorte zu unterscheiden. J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

25. Elementare Teilchen vs. Klassische Physik Inhalt Inhalt • Klassische Physik (und ein wenig über Quanten) • 12 Entdeckungen mit Elementaren Teilchen • Resumé J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

26. 2 #6: Es gibt*) nur 3 Arten der Wechselwirkung bekannt durch Elektrotechnik/ Elektronik • Elektromagnetische Wechselwirkung • wirkt durch das Photon  • wirkt zwischen allenTeilchen mit elektrischer Ladung (also nicht zwischen Photonen) vereinigt in der „elektro-schwachen Wechselwirkung“ • Schwache Wechselwirkung • wirkt durch das Boson W± oder Z° • wirkt zwischen allen Fermionen (und W± , Z°) bekannt durch ß-Radioaktivität • Starke Wechselwirkung • wirkt durch das Gluon g • wirkt zwischen Quarks (und Gluonen) bekannt durch Kernkräfte / Kernenergie *)außer Gravitation (die noch nicht quantenphysikalisch verstanden ist) J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

27. #6: Es gibt nur 3 Arten der Wechselwirkung • Wie lassen die fundamentalen Fermionen*) • mittels dieser 3 Wechselwirkungen die uns bekannte Welt entstehen? • Gebraucht werden dazu nur 2 Quarks (d, u) und 1 Lepton (e-). • Die Starke WW macht, dass 3 Quarks (uud) das Proton p bilden. • (das stabil ist, weil es schlicht kein anderes (leichteres) Teilchen gibt, in das es sich umwandeln könnte, ohne einen der Erhaltungssätze zu verletzen) • Die elektromagnetische WW macht, dass pund e sich binden und ein Atom H bilden. • (… das nur aus dem gleichen Grund stabil ist) *) Leptonen [ e, μ,τ,νe,νμ,ντ] und Quarks [ u, d, c, s, t, b ] samt Antiteilchen J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

28. #6: Es gibt nur 3 Arten der Wechselwirkung (Forts.) • Die elektromagnetische WW macht, dass 2 Atome H sich anziehen um ein Molekül H2 zu bilden. • (obwohl sie elektrisch neutral sind) • Auf ähnliche Weise macht die Starke WW,dass Protonen (uud) und Neutronen (udd) sich anziehen • (obwohl sie neutral sind für die Starke WW), • um Kerne zu bilden • (stabil nur aus dem selben Grund wie vorher) • Die elektromagnetische WW macht, dass ein Kern mit Z Protonen eine gleiche Anzahl Elektronen anzieht und so ein Atom des Elements Z bildet. J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

29. #6: Es gibt nur 3 Arten der Wechselwirkung (Forts.) • Die elektromagnetische WW bewirkt alle Arten der chemischen Bindung und bestimmt alle ihre Eigenschaften: • Typen ionisch ... kovalent, • Bindungs-Energie, • Bindungs-Abstände und Orientierung, • Elastizität, • chemische Valenz • Die elektromagnetische WW ist weiter alleinverantwortlich dafür, dass die Moleküle sich anziehen oder abstoßen, um feste, flüssige oder gasförmige Körper zu bilden • …… Und die SchwacheWechselwirkung ?? ... macht, dass von den Leptonen nur das Elektron stabil ist, und von den Teilchen aus Quarks nur das Proton. J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

30. #6: Wieviel Wechselwirkungen kennt die klassische Physik? • Wechselwirkungen auf der Ebene der elementaren Teilchen • “Mechanische” Kraft (incl. Druck, Zug, Drehmoment, ...) • Reibung • Adhäsion • Elektrostatik (Coulomb-Kraft) • Magnetismus (Stab- / Elektro-Magnet) • Lorentz-Kraft • Gravitation • ...? • Schwache WW • Elektromagnetische WW • (direkt oder mittelbar über Stabilität und feste Form der Moleküle / der festen Körper etc.) • Starke WW • eine Quantentheorie der Gravitation gibt es noch nicht J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

31. Elementare Teilchen vs. Klassische Physik Inhalt Inhalt • Klassische Physik (und ein wenig über Quanten) • 12 Entdeckungen mit Elementaren Teilchen • Resumé J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

32. erzeugt ein Photonvernichtet ein Photon Kopplungs-konstante #7: Wechselwirken: ein Feldquant emittieren oder absorbieren • Wechselwirkung klassisch: • es wirkt eine Kraft • und ändert den Zustand muss Prozesse Emission/Absorption ermöglichen! • Wechselwirkungquantentheoretisch (z.B. Elektromagnetisch) • Hamilton-Operator • ändert den Zustand Ansatz { Zustandsänderung des Elektrons J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

33. #7: Wechselwirken ist: ein Feldquant emittieren oder absorbieren/2 • Elektronen und Photonen mit allen möglichen Impulsen pi , pf,Δpγ müssen an Emission und Absorptionsprozessen teilnehmen dürfen: • …. ergibt: • die Quantenelektrodynamik (QED) – die vollständige Theorie aller elektromagnetischen Prozesse und bisher exakteste aller physikalischen Theorien. ein berühmtes Beispiel: der anomale g-Faktor des Elektrons und PositronsMessung :QED : nur die Kombinationen, die den Impuls- und Energieerhaltungssatz erfüllen! weiteres Ergebnis (nicht weniger spektakulär): nicht nur die elektromagnetischen Wellen der klassischen Physik, auch die statischen Felder und ergeben sich schon aus dem minimalen Ansatz für ! J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

34. #7: Wechselwirken ist: ein Feldquant emittieren oder absorbieren/2 • Elektronen und Photonen mit allen möglichen Impulsen pi , pf,Δpγ müssen an Emission und Absorptionsprozessen teilnehmen dürfen: • …. ergibt: • die Quantenelektrodynamik (QED) – die vollständige Theorie aller elektromagnetischen Prozesse und bisher exakteste aller physikalischen Theorien. ein berühmtes Beispiel: der anomale g-Faktor des Elektrons und PositronsMessung :QED : nur die Kombinationen, die den Impuls- und Energieerhaltungssatz erfüllen! weiteres Ergebnis (nicht weniger spektakulär): nicht nur die elektromagnetischen Wellen der klassischen Physik, auch die statischen Felder und ergeben sich schon aus dem minimalen Ansatz für ! J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

35. #7: Kräfte und Wellen in der klassischen Physik • wie entwickelt die klassische Physik das Konzept der Wechselwirkung ? • wie und wann kommen Wellen ins Spiel ? • Kraft drückt sich durch eine Änderung des Impulses eines Körpers aus • dies zeigt die Anwesenheit einer Kraft am Ort des Körpers an • die ihrerseits die Anwesenheit eines Kraft-Felds anzeigt • das Kraft-Feld wird durch die Ladung Qeines anderen geladenen Körpers erzeugt • bewegt sich dieser, folgt das Feld an einem entfernten Ort nur mit Verzögerung • erreicht die Welle einen Körper, wirkt sie auf ihn gemäß ihrer Feldstärke am Ort des Körpers Quanten-Physik zuerst die Kraft, zuletzt die Welle • eine Welle entsteht • Energie kann absorbiert werden (oder emittiert) J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

36. Elementare Teilchen vs. Klassische Physik Inhalt Inhalt • Klassische Physik (und ein wenig über Quanten) • 12 Entdeckungen mit Elementaren Teilchen • Resumé J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

37. ● # 8. Virtuelle Zustände : eine notwendige Neuheit • “ Teilchen wirken auch aus Zuständen heraus, in denen sie in der beobachtbaren Welt nicht vorkommen können ” Problem: der fundamentale Prozess der QED .... ist verboten, weil er die Erhaltung von E und p verletzt im Schwerpunkt-System: E=mc2 -reicht nichtfür γundbewegtes Elektron • Lösung: • ≥1 der 3 Linien im Diagramm gehört zu einem virtuellen Zustand ! notwendige Folge der Relativitäts-Theorie “reale Welt”: “virtuelle” Welt: J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

38. Wechselwirkung quantentheoretisch (Erinnerung) • Hamiltonian • Änderung des Zustands ● Auswahl: nur Summanden mit ● # 8. Virtuelle Zustände: Realität in den Formeln 2. Ordnung • der gesamte Prozess erhält E und p J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

39. ● ● # 8. Virtuelle Zustände: Realität in den Formeln 2. Ordnung das Diagramm genauer betrachtet: reale Welt danach heraus: 2 reale Elektronen mit Impulsen pf1 und pf2 Elektron pi2 gibt den Impuls Δp abund ändert seine Energie entsprechend um +ΔE Elektron pi1 erhält den Impuls Δp und ändert seine Energie entsprechend: −ΔE reale Welt vor dem Prozess hinein: 2 reale Elektronen mit Impulsen pi1 und pi2 • das Photon: • erscheint weder vorher noch nachher, lediglich im Diagramm (bzw. Formel) • lässt aber Δp und ΔE von einem Elektron zum anderen übergehen • muss nicht ΔE=cΔp erfüllen – die Gleichung der realen Photonen. das virtuelle Photon J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

40. ● ● n e ● ● ● ● # 8. Virtuelle Zustände: Wechselwirkung ist Bosonen-Austausch • elektromagne-tische WW • schwache WW • starke WW ● ● (und andere Kombinationen der „Farb-Ladungen“ r,g,b) J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

41. Elementare Teilchen vs. Klassische Physik Inhalt Inhalt • Klassische Physik (und ein wenig über Quanten) • 12 Entdeckungen mit Elementaren Teilchen • Resumé J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

42. ● ● #9: Sprache der Feynman-Diagramme • Grafische Representation der exakten Formel für die Übergangswahrscheinlichkeit zwischen Quanten-Zuständen • Wechselwirkung quantentheoretisch (Erinnerung) • Hamiltonian • Änderung des Zustands unendliche Reihe (konvergent??) der Störungsrechnung, Glied 2. Ordnung: Das Feynman-Diagramm interne Linie t Welt der realen Teilchen verborgene Welt der virtuellen Teilchen externe Linien J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

43. e ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● N #9: Feynman-Diagramme (Beispiele) Stoß geladener Teilchen (Elektromagnetische WW) wenn E<0 : gebundene Zustände durch Coulomb-Anziehung Stoß eines Photons mit einem geladenen Teilchen (Compton-Effekt) + Erzeugung eines Paars Teilchen-Antiteilchen ↑ Teilchen ↓ Anti-Teilchen J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

44. Elementare Teilchen vs. Klassische Physik Inhalt Inhalt • Klassische Physik (und ein wenig über Quanten) • 12 Entdeckungen mit Elementaren Teilchen • Resumé J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

45. #10. Umwandlungen der Teilchen ineinander • Elementar-Teilchen können sich in andere umwandeln … • ... ohne dass dies als eine Umordnung von noch fundamentaleren Bausteinen interpretiert werden könnte. • ( die „weiche“ Definition von Elementarteilchen in den Zeiten des „Elementarteilchen-Zoos“ in den 1950/60ern, vor der Entdeckung der Quarks ) Beispiele: • Ursache der Radioaktivität ß • “Zerfall“ der Myonen • “Zerfall“ der Pionen • Erzeugung „seltsamer“ (strange) Teilchen • Zerfall „seltsamer“ (strange) Teilchen • ......... J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

46. #10.Teilchen-Umwandlung in der klassischen Naturwissenschaft? • in Chemie: ja. • chemische Reaktion = Umwandlung zweier Moleküle in zwei andere, sehr verschiedene → Erzeugung ganz neuer Stoffe • einfach erklärt durch Umordnen der “Elementar-Teilchen der Chemie” - der Atome (Dalton, Avogadro,... 19. Jhdt.) • Umwandlung eines Atoms in ein anderes ? ( Quecksilber zu Gold ? ) • ¡ ALCHIMIE ! J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

47. Elementare Teilchen vs. Klassische Physik Inhalt Inhalt • Klassische Physik (und ein wenig über Quanten) • 12 Entdeckungen mit Elementaren Teilchen • Resumé J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

48. # 11. Weitere Arten von “Ladung” • elektrische Ladung • Schwache Ladung • Farb-Ladung • e-Leptonen-Flavor • μ-Leptonen-Flavor • τ-Leptonen-Flavor • 6 Quark-Flavors (d,u,s,c,b,t) • Baryonen-Ladung • Leptonen-Ladung • ermöglicht Emission/Absorption von Photonen • ermöglicht Emission/Absorption von W± , Z° • ermöglicht Emission/Absorption von Gluonen • eingeführt um sagen zu können: “diese Ladungen können nur durch Schwache WW verändert werden, für die Starke und Elektromagnetische WW sind sie erhalten” • (desgleichen) • eingeführt, um die Erhaltung der Baryonen-Zahl (je 3 Quarks) beschreiben zu können • eingeführt, um die Erhaltung der Leptonen-Zahl beschreiben zu können Absolute Erhaltung J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

49. Elementare Teilchen vs. Klassische Physik Inhalt Inhalt • Klassische Physik (und ein wenig über Quanten) • 12 Entdeckungen mit Elementaren Teilchen • Resumé J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)

50. # 12. SYMMETRIE-GESETZE in derklassischen Physik ← ... in der Zeit ← im Ort ← des gemeinsamen Dreh-Winkels • Erhaltung der Energie • Erhaltung des Impulses • Erhaltung des Drehimpulses • Erhaltung der elektrischen Ladung interpretiert als Folge einer universell geltenden Invarianz der Prozesse und der Gleichungen gegenüber kontinuierlichen Verschiebungen ... Symmetrie / Invarianz: Spiegel-Symmetrie Ladungs-Umkehr-Invarianz Zeit-Umkehr-Invarianz drei diskrete Transformationen ← Spiegelung räumlich P ← Spiegelung der elekt. Ladung C ← Spiegelung der Zeitrichtung T alle gelten streng in der klassischen Physik J.Bleck-Neuhaus (Universität Bremen Fachbereich 1 Physik/Elektrotechnik)