Was ist Physik Caren Hagner Uni Hamburg Orientierungseinheit

Was ist Physik? Caren Hagner Uni Hamburg Orientierungseinheit SS 2005 Was ist Physik? Caren Hagner, Universität Hamburg

Soll man Physik studieren? Antwort von 1874: "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 Max Planck (1858 -1947) Orientierungseinheit SS 2005 Nicht lange danach entstanden: Relativitätstheorie Quantenmechanik … Was ist Physik? Caren Hagner, Universität Hamburg

Albert Einstein (1879 – 1955) 1905: “Annus Mirabilis” Spezielle Relativitätstheorie E = mc 2 Lichtquanten: Photonen Photoelektrischer Effekt Brownsche Bewegung 1916: Allgemeine Relativitätstheorie 1925: Bose-Einstein Kondensation Nobelpreis 1921 Orientierungseinheit SS 2005 "for his services to Theoretical Physics, and especially for his discovery of the law of the photoelectric effect" Was ist Physik? Caren Hagner, Universität Hamburg

Theorie und Experiment am Beispiel der Entdeckung des Neutrinos Orientierungseinheit SS 2005 Was ist Physik? Caren Hagner, Universität Hamburg

Wolfgang Pauli „erfindet“ das Neutrino (1930) Energiespektrum der Elektronen beim β-Zerfall Zahl der Ele. Ktronen So sollte es aussehen n Als Lösung postuliert W. Pauli das Neutrino Energie des Elektrons Aber dies wurde gemessen! Orientierungseinheit SS 2005 Was ist Physik? Caren Hagner, Universität Hamburg

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 Orientierungseinheit SS 2005 Was ist Physik? Caren Hagner, Universität Hamburg

Zerfall des Neutrons - Geburt des Neutrinos e- Neutron Proton QQ=-1/3 = +2/3 ve d u Q = -1/3 d u Q = +2/3 Verantwortlich für die Umwandlung des d-Quarks in u-Quark: schwache Kernkraft (elektroschwache Wechselwirkung) Orientierungseinheit SS 2005 Was ist Physik? Caren Hagner, Universität Hamburg

Wolfgang Pauli in Hamburg (1955) 1925 Kopenhagen @CERN Geneva 1922 Assistent an der Universität Hamburg 1924 Habilitation in Hamburg (Entdeckung des Ausschließungsprinzips) 1945 Nobelpreis für das Ausschließungsprinzip Orientierungseinheit SS 2005 Was ist Physik? Caren Hagner, Universität Hamburg

Erster Nachweis des Neutrinos 1956 F. Reines 1995 Cowan und Reines Neutrinos erzeugt durch Kernreaktor Nachweis durch Neutrinoeinfang, Szintillator, PMT’s Nobelpreis für Reines 1995 Orientierungseinheit SS 2005 Was ist Physik? Caren Hagner, Universität Hamburg

Fundamentale Teilchen Quarks: Leptonen: u c t ve vμ vτ d s b e μ τ Austauschteilchen der Kräfte: Orientierungseinheit SS 2005 Was ist Physik? Graviton Photon Gluon W, Z Caren Hagner, Universität Hamburg

Fundamentale Theorien Elektromagnetismus Schwache Wechselwirkung Gravitation Elektroschwache Wechselwirkung Stringtheorie ? Starke Wechselwirkung: Supersymmetrie Quantenchromodynamik (QCD) Quantenmechanik Orientierungseinheit SS 2005 Relativitätstheorie Was ist Physik? Caren Hagner, Universität Hamburg

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? Orientierungseinheit SS 2005 Was ist Physik? Caren Hagner, Universität Hamburg

Kosmologie wird experimentell ! WMAP

Woraus besteht das Universum? 4% bekannte Materie (Protonen, Neutronen…) 23% kalte dunkle Materie unbekannte Teilchen! 76% dunkle Energie Niemand weiss bisher was das ist! Orientierungseinheit SS 2005 Was ist Physik? Caren Hagner, Universität Hamburg

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 H 1 und ZEUS) Zukunft: Beteiligung an ILC (International Linear Collider) Physik mit Synchrotronstrahlung Zukunft: europäisches Röntgenlaserprojekt XFEL Orientierungseinheit SS 2005 Was ist Physik? Caren Hagner, Universität Hamburg

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Neue Beschleunigungstechnik @ DESY ILC XFEL Orientierungseinheit SS 2005 Was ist Physik? Caren Hagner, Universität Hamburg

Teilchenphysik in Hamburg: CMS Beteiligung am LHC Programm des CERN (CMS Experiment: ~ 2000 Physiker!) Orientierungseinheit SS 2005 Was ist Physik? Caren Hagner, Universität Hamburg

Teilchenphysik in Hamburg: Neutrinos Beteiligung am OPERA Experiment am Gran Sasso Untergrundlabor in Italien Neutrinostrahl (vμ) vom CERN zum Gran Sasso Untergrundlabor 732 km LNGS Neutrinooszillationen ! Orientierungseinheit SS 2005 Was ist Physik? Caren Hagner, Universität Hamburg

Gran Sasso Untergrundlabor LNGS Neutrinos vom CERN

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+ Astroteilchenphysik in Hamburg Beteiligung am HESS Experiment in Namibia Atmosphärisches Cerenkov Teleskop für hochenergetische Gammastrahlen ( ~ 100 Ge. V - Te. V Bereich) Supernova-Überrests RX J 1713. 7 -4946 im Sternbild Scorpio Orientierungseinheit SS 2005 Was ist Physik? Caren Hagner, Universität Hamburg

Neues Bild der Milchstraße! Große Frage der Astroteilchenphysik: Was sind die extrem hochenergetischen Teilchen (1020 e. V!) ? Wie und wo werden sie so stark beschleunigt? Orientierungseinheit SS 2005 Was ist Physik? Caren Hagner, Universität Hamburg

Interessante Experimente Orientierungseinheit SS 2005 Was ist Physik? Caren Hagner, Universität Hamburg

Super-Kamiokande Neutrinodetektor (Japan): Sonnenneutrinos Atmosphärische Neutrinos Beschleunigerneutrinos Reaktorneutrinos

Wiederaufbau fand (teilweise) statt

Neutrinoteleskope: ANTARES im Mittelmeer (2400 m Tiefe) 350 m 100 m Orientierungseinheit SS 2005 Was ist Physik? Caren Hagner, Universität Hamburg

Neutrinoteleskope: AMANDA am Südpol (im Eis 2000 m Tiefe) South Pole road to w ork Dome AMANDA Summer camp 1500 m Amundsen-Scott South Pole station 2000 m [not to scale] Orientierungseinheit SS 2005 Was ist Physik? Caren Hagner, Universität Hamburg

Physik - Grundlagenforschung Hochenergiephysik Fusionsforschung Astrophysik Astroteilchenphysik Hadronen- und Kernphysik Kondensierte Materie Orientierungseinheit SS 2005 Was ist Physik? Caren Hagner, Universität Hamburg

Atom- und Molekülphysik Institut für Laserphysik: Eigenschaften von kohärentem Licht und kohärenter Materie, sowie deren Wechselwirkungen Neuartige Laserquellen Orientierungseinheit SS 2005 Bose-Einstein Kondensation Was ist Physik? Caren Hagner, Universität Hamburg

Kondensierte Materie – Strukturen Hamburger Mikrostrukturzentrum Halbleitertechnologie, Rastersensormethoden, dünne Schichten, Nanotechnologie, Grenzflächenphysik, Supraleitung und Magnetismus Orientierungseinheit SS 2005 Was ist Physik? Caren Hagner, Universität Hamburg

Physikstudium in Hamburg Fachbereich Physik steht in Forschungsrankings an vorderster Stelle (neben TU München, RWTH Aachen, Uni Heidelberg) Evaluation der Forschung durch das BMBF ergab exzellente Bewertung Sie haben die Qual der Wahl zwischen hervorragenden Forschungsgruppen, die alle an der „cutting edge“ der Physik arbeiten. Orientierungseinheit SS 2005 Was ist Physik? Caren Hagner, Universität Hamburg

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 Orientierungseinheit SS 2005 Was ist Physik? Caren Hagner, Universität Hamburg

Zusammenfassung Physik ist „schweres“ Studium Es lohnt sich aber! Chance die Grenzen unseres Wissens selbst 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 Orientierungseinheit SS 2005 Was ist Physik? Caren Hagner, Universität Hamburg

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