Woraus sind wir gemacht?

Jul 18, 2024

Vorlesung: Woraus sind wir gemacht?

Einleitung

  • Ursprüngliche Frage: Woraus sind wir gemacht?
  • Diskussion reicht bis zu den alten Griechen zurück.
  • Überblick über aktuelles Verständnis und zukünftige Entwicklungen.
  • Erwähnung des Large Hadron Collider (LHC) und CERN, sowie Experimente die zum Urknall zurückblicken.
  • Vortrag umfasst theoretische Physik und Mathematik.

Das moderne Bild: Periodensystem der Elemente

  • 120 Elemente bilden alle Materialien.
  • Aufbau der Elemente aus Kernen und Elektronen.
  • Rutherford’s Modell: Atomkerne und Elektronen in Orbitalen.

Entdeckung subatomarer Teilchen

  • J.J. Thomson entdeckt Elektron (1897).
  • Kern entdeckt, Protonen und Neutronen innerhalb des Kernes.
  • Quarks als Bestandteile von Protonen und Neutronen.
    • Up-Quark und Down-Quark.
  • Drei fundamentale Teilchen: Elektronen und zwei Arten von Quarks.

Nature of Particles and Fields

  • Grundbausteine nicht Teilchen, sondern Felder.
  • Felder sind flüssigkeitsähnliche Substanzen, die das ganze Universum ausfüllen.
  • Einführung durch Michael Faraday (Elektrische und magnetische Felder).
  • Faradays Experimente und die Idee der Feldlinien.

Quantenfeldtheorie

  • Kombination der Quantenmechanik mit Faradays Feldern.
  • Feldtheorie besagt, dass Teilchen Erscheinungen von Feldkräuselungen sind.
    • Photonen sind z.B. Wellen des elektromagnetischen Feldes.
  • Alles besteht aus Quantenfeldern: Elektronenfeld und Quarkfelder.
  • Alle Quantenfelder im Raum existieren auch im Vakuum.
  • Schwierigkeit der Mathematik in der Feldtheorie.
    • Heisenbergsche Unschärferelation.

Das Standardmodell

  • Materiefelder: Elektronen, Up-Quarks, Down-Quarks und Neutrinos.
  • Kräfte: Gravitation, Elektromagnetische, Starke und Schwache Kernkraft.
  • Higgs-Feld und Entdeckung des Higgs-Teilchens (2012).
  • Vollständige Gleichung des Standardmodells integriert Gravitation, Elektromagnetismus, Starke und Schwache Kernkraft.

Grenzen des Standardmodells

  • Eigenschaften, die das Standardmodell nicht erklärt:
    • Dunkle Materie.
    • Dunkle Energie.
    • Inflation des Universums (frühe Expansion).
  • Experimentelle Entdeckungen am LHC in den letzten Jahren: Nichts Neues.

Zukünftige Schritte und Theorien

  • Mögliche Erweiterungen des Standardmodells:
    • Große Vereinheitlichung.
    • Supersymmetrie.
    • Stringtheorie.
  • Debatte über die notwendigen nächsten Schritte in der Forschung (größere Maschinen vs. theoretische Grundlagen).
  • Potenzielle neue Ideen aus anderen wissenschaftlichen Bereichen wie Kondensierte Materie-Physik und Quanteninformatik.

Schluss

  • Die beste existierende physikalische Theorie: Das Standardmodell.
  • Wunsch nach besseren Erklärungen und zukünftigen Durchbrüchen.

Danksagung

  • Vortrag endet mit Dank an das Publikum.