Die Entdeckung des Gluons

1. Die Entdeckung des Gluons Ulrich Scheu

2. Quelle: http://fourieridea.com

3. Gliederung - Beschreibung - Vorgeschichte - Postulierung - Experimenteller Nachweis - Folgen für die Teilchenphysik - Ausblick

4. Was ist das Gluon? Das Gluon ist ein subatomares Teilchen. Sein Name kommt von „glue“ (engl.), was soviel wie „Klebstoff“ bedeutet. Das Symbol des Gluons ist g.

5. Eigenschaften des Gluons Es gibt acht verschiedene Arten von Gluonen. Das Gluon ist das Austauschteilchen der starken Wechselwirkung. Es sorgt indirekt für den Zusammenhalt der Atomkerne.

6. Ein Einschub - Das Helium 3 Atom Quelle: http://solarscience.msfc.nasa.gov/ Die Protonen müssten sich aufgrund ihrer elektrischen Ladung abstoßen.

7. Masse der Gluonen - Gluonen werden als masselos angenommen. - Gluonen besitzen wie Photonen keine Ruhemasse und bewegen sich deswegen mit Lichtgeschwindigkeit.

8. Die Farbladung Die Farbladung bildet eine Analogie zur elektrischen Ladung. Das Gluon ist elektrisch neutral. Stattdessen trägt es eine Farbladung. Die Farbladung ist für die starke Wechselwirkung verantwortlich. Die Kombination der Farbladungen gibt die Art des Gluons vor.

9. Gluonen wechselwirken auch untereinander und sind daher in einem insgesamt farblosen Zusammenschluss gebunden (Confinement). Ein farbloses Gluon existiert nicht.

10. 1956 - Erforschung von Protonen an der Stanford University, Kalifornien → Protonen und Neutronen besitzen eine Struktur (Nobelpreis 1961). Robert Hofstadter Quelle: http://nndb.com/ Physikalische Vorgeschichte

11. 1966 - Das Proton besitzt eine körnige Struktur. Quelle: www.desy.de SLAC Kalifornien

12. Die Quantentheorie 1964 – Postulierung der Quarks als Bauteile der Hadronen (Murray Gell-Mann und George Zweig ) → Die Existenz des Quarks ist durch die Versuche am SLAC untermauert (Nobelpreis 1990).

13. Anfangsproblem / Ausgangssituation Was hält die Quarks im Proton zusammen? Was trägt den fehlenden Drehimpuls? Postulat: → Ein neues Teilchen, das Gluon

14. Quantenchromodynamik - QCD 1973 – QCD als Theorie über die starke Wechselwirkung (Heinrich Leutwyler, Murray Gell-Mann und Harald Fritzsch) - Analogie zur Quantenelektrodynamik (QED) - Sie behandelt Teilchen mit Farbladung (chromatisch). Diese Teilchen sind die Gluonen. Wie kann man das Gluon nachweisen?

15. Der Nachweis des Gluons Quelle: http://www.desy.de Den Wettlauf um den experimentellen Nachweis des Gluons gewann das DESY Institut in Hamburg.

16. Die Rolle des Speicherrings bei der Entdeckung des Gluons Der Speicherring war zum Nachweis des Gluons essentiell. Guter Bauplanung und Umsetzung ist es zu verdanken, dass das DESY diese Entdeckung für sich verbuchen konnte.

17. Wissenswertes über den Speicherring - Großes Vakuum im Inneren (10^-7 Pa) - Ringförmiges Gebilde (Beschleunigungsstrecken und Ablenkmagnete) - Zwei entgegen gerichtete Teilchenstrahlen werden gespeichert. - Magnete halten die Teilchen auf ihrer Bahn. - Kollision in einem Detektor

18. Vorteile eines Speicherrings Linearbeschleuniger / Fixed-Target-Experimente: Ein großer Teil der kinetischen Energie geht bei der Kollision verloren (Impulserhaltung). Speicherring / Kollisionsexperiment: Die gesamte Energie steht für die Messung zur Verfügung.

19. Der PETRA-Speicherring Quelle: http://www.desy.com

20. - Elektron-Positron-Speicherring zur Untersuchung von Hadronenzerfällen - Bauzeit von 1975 bis 1978 - mit 2.304 Meter Umfang damals der größte Speicherring - Elektronen und Positronen konnten schon damals bis auf ca. 15 GeV beschleunigt werden. - Internationale Forschung (China, England, Frankreich, Israel, Japan, Niederlande, Norwegen und USA )

21. Die Idee hinter dem Experiment Die Auslöschung eines Positrons mit einem Elektron führt über ein Photon zu einem Quark-Antiquark-Paar, das zu zwei Hadronenstrahlen zerfällt. → Bildung einer Zwei-Jet-Struktur

22. Die Zwei-Jet-Struktur Quelle: http://pluslucis.univie.ac.at

23. „Sucht das Gluon in der Positron Elektron Auslöschung“ 1976 - John Ellis, Mary Gaillard und Graham Ross veröffentlichen ihre Theorie von der „harten Gluon Bremsstrahlung“. Nach der Theorie sollte das Gluon durch einen dritten Jet sichtbar werden (ausreichend große Energie). Experimente an anderen Speicherringen deuten während dem Bau von PETRA ebenfalls darauf hin.

24. Das Gluon wird entdeckt 18.06.1979 - Bjørn Wiik stellt auf der Internationalen Neutrino Konferenz in Norwegen die ersten Ergebnisse vor. Sau Lan Wu und deren Mitarbeiter Georg Zobering werten die Daten mit neuen Methoden aus. → Die Drei-Jet-Struktur wird entdeckt.

25. Die Drei-Jet-Struktur Quelle: http://pluslucis.univie.ac.at

26. Paul Söding legte auf der „European Physical Society Conference“ mehrere Plots von Drei-Jet-Strukturen vor. → Die harte Bremsstrahlung wurde nachgewiesen, also ist damit auch das Gluon nachgewiesen. → Die QCD steht dadurch ebenfalls.

27. Weitere Ausarbeitung - Ähnliche Daten werden an allen Forschungsgruppen des PETRA registriert. - Weitere Untersuchungen der Eigenschaften des Gluons und der QCD (Spin, Kopplungskonstante, Farbladung).

28. Auszeichnungen 1995 – Die „Tasso Collaboration“ erhält den High Energy Physics Preis der Europäischen Physikalischen Gesellschaft. Spezieller Preis für die gute Zusammenarbeit Bisher kein Nobelpreis

29. Ausblick - PETRA überholt, Auslagerung der Forschung - Auch heute noch weitere Arbeit an den ungeklärten Fragen der QCD (Theorien, Analyse) - Forschung mit neuer Technik (LHC Cern)

30. Quelle: http://content.answers.com Das Quark-Gluon-Plasma als „Ursuppe des Universums“ am LHC des CERN

31. Danke für eure Aufmerksamkeit.