Bis(s) ins Innere des Protons (eBook)

Boris Lemmer mag Elementarteilchen. Weil er schon immer wissen wollte, woraus die Welt zusammengebaut ist, entschloss er sich zu einem Physikstudium an der Justus-Liebig-Universität Gießen und promovierte an der Georg-August-Universität Göttingen. Er arbeitete am ATLAS-Experiment, einem der beiden großen Allzweckdetektoren am weltgrößten Teilchenbeschleuniger LHC am Forschungszentrum CERN in Genf. Das Jahr 2012 verbrachte er am CERN und feierte mit seinen Kollegen unter anderem die Entdeckung des Higgs-Teilchens. Weil er seine Forschung so spannend findet, erzählt er gerne davon. Am liebsten so, dass es jeder versteht. Forschung zu vermitteln ist sein großes Hobby. Daher ist er auch ein großer Fan der Science Slams, bei denen er selbst mehrfach mitmachte und 2011 die deutsche Meisterschaft gewann.

Vorwort 5
Inhaltsverzeichnis 8
1 Kindlicher Spieltrieb: Motivation und Leben der Teilchenphysiker 11
1.1 Jederzeit, überall und international: ein Meeting 14
1.2 Teamwork 15
1.3 Überall auf der Welt zu Hause 17
1.4 CERN – ein Dorf 19
2 Zutaten: die Welt, zerlegt in Einzelteile 26
2.1 Kuhgas und Wurstatom: die Frage, was Elementarteilchen von Atomen unterscheidet 27
2.2 Klein und geladen: das Elektron 30
2.3 Murmelspiel und Rosinenkuchen: das heitere Ratespiel um die Struktur der Atome 32
2.4 Neutraler Kollege: das Neutron als weitere Zutat 37
2.5 Mit der Nadel in die Knetkugel: die Struktur der Atome 43
2.6 Materie aus Energie dank E=mc2 59
2.7 Antimaterie 70
2.8 Leih dir was, solange niemand zuschaut: die Heisenbergsche Unschärferelation 81
2.9 Ein unsichtbarer neuer Freund: das Neutrino 85
2.10 Wahre Alleskönner: die vier Grundkräfte 87
2.11 Sagen, was nie verloren geht: Erhaltungssätze 97
2.12 Bastelkasten für Teilchenphysiker: Feynman-Diagramme 103
2.13 Kernfusion zum Mitmachen 105
3 Bauplan für ein Universum – oder was Physiker am LHC untersuchen 108
3.1 Ein seltsamer neuer Freund: das Strange-Quark 110
3.2 Ein voller Bastelkasten: das Standardmodell 118
3.3 Gott und seine Würfel: Wirkungsquerschnitte 120
3.4 Kaputtes zusammenbauen: Teilchenrekonstruktion 126
3.5 Evolution des Universums nach dem Urknall 136
3.6 Wo's im Weltbild noch klemmt 143
3.7 Probleme lösen, Teilchen besorgen! 155
4 Auf dem Protonen-Highway: mehr über Teilchenbeschleuniger 158
4.1 Wieso Teilchen beschleunigen? – Kollisionen und hohe Dichte 159
4.2 Teilchen auf Zack bringen 160
4.3 Das Pferd und das Lasso: starke Magnete 172
4.4 Den Strahl bändigen: Protonenoptik 179
4.5 Das volle Programm: ein Beschleunigungszyklus 185
4.6 Wen schicken wir am besten auf die Reise? 198
5 Augen fürs Unsichtbare: mehr über Teilchendetektoren 209
5.1 Detektor als Kamera 211
5.2 Spuren hinterlassen, wenn auch winzig kleine 212
5.3 Das Ding mit der Überlichtgeschwindigkeit: Cherenkov-Detektoren 220
5.4 Stopp, Teilchen! – Kalorimeter 225
5.5 Wir bauen einen Detektor 230
5.6 Konkurrenten mit gleichem Ziel: ATLAS und CMS 242
5.7 Unsichtbares sichtbar machen: Transversalimpulserhaltung 244
5.8 Schnell, nimm das! – Der Trigger 247
5.9 Eine Nacht auf Schicht 249
6 Lernen, wie die Welt funktioniert: mehr über Datenanalyse 253
6.1 Unsere Puzzlestücke: Objekte im Detektor 254
6.2 Schauen, was los war: Selektion und Rekonstruktion 260
6.3 Monte-Carlo-Simulationen 267
6.4 Wie viel darf's denn sein? – Ansprüche an die EDV 270
6.5 Was man so alles messen kann: Analysebeispiele 273
6.6 Mit Pech gemessen: Überlichtgeschwindigkeit, die keine war 284
7 Teilchenphysik im Alltag 289
7.1 CERN, Geburtsort des World Wide Web 290
7.2 Teilchen für einen guten Zweck: Strahlentherapie 291
7.3 Geht da noch was? 294
8 Neues aus der Teilchenwelt 296
8.1 Das Higgs-Teilchen zeigt sich 297
8.2 Mehr Power für die Maschine 301
8.3 Daten für jedermann 305
8.4 Oh mein Gott, ein neues … oh … 306
9 Und weiter geht's! – Ausblick 312
Literatur 315
Sachverzeichnis 316