WEBVTT NOTE Podcast: Raumzeit Episode: RZ116 CERN: LHCb Publishing Date: 2023-10-13T15:51:37+02:00 Podcast URL: https://raumzeit-podcast.de Episode URL: https://raumzeit-podcast.de/2023/10/13/rz116-cern-lhcb/ 00:00:34.334 --> 00:00:38.415 Hallo und herzlich willkommen zu Raumzeit, dem Podcast für Raumfahrt und andere. 00:00:38.415 --> 00:00:42.197 Kosmische Angelegenheiten. Und ich begrüße alle zur 116. 00:00:44.858 --> 00:00:49.700 Sendung von Raumzeit und ja, ich befinde mich nach wie vor in der Schweiz am 00:00:49.700 --> 00:00:54.621 CERN und das hier ist damit dann auch die sechste und letzte, 00:00:54.621 --> 00:00:56.862 vorerst letzte Sendung zum Gesamtthema CERN. 00:00:58.663 --> 00:01:02.525 Und nachdem ich hier zu Beginn schon die Geschichte des CERN ausgeleuchtet habe 00:01:02.525 --> 00:01:03.685 und die Aufgabenstellung, 00:01:03.685 --> 00:01:09.027 die sich hier die Wissenschaft stellt und wir den Beschleunigerring genauer 00:01:09.027 --> 00:01:13.489 analysiert haben und auch schon diverse Detektoren untersucht haben, 00:01:13.489 --> 00:01:19.871 nämlich ALICE, CMS und ATLAS, fehlt noch einer, nämlich der LHCB, 00:01:19.871 --> 00:01:24.893 das ist jetzt das Thema und dafür begrüße ich Patrick Koppenburg. 00:01:25.654 --> 00:01:27.255 Hallo, herzlich willkommen bei Raumzeit. 00:01:29.777 --> 00:01:34.680 Patrick, du bist Operations- und Physik-Koordinator. 00:01:35.601 --> 00:01:38.903 Das heißt du koordinierst sowohl die Organisation als auch die Physik. 00:01:38.903 --> 00:01:43.146 Die gehorcht sozusagen deinen Regeln, wenn ich das hier richtig interpretiere. 00:01:44.347 --> 00:01:48.329 Das habe ich gemacht, ich war Operations Coordinator, da habe ich mich darum 00:01:48.329 --> 00:01:54.013 gekümmert, dass die Daten vom Detektor bis zum Endbenutzer, das sind die Doktoranden meistens, 00:01:54.354 --> 00:01:58.015 die dann die Analysen machen, dass die da richtig kommen und rechtzeitig und 00:01:58.015 --> 00:02:00.617 dass alles gut läuft und wir auf dem Weg nichts verlieren. 00:02:01.317 --> 00:02:06.019 Und dann wurde ich Physik-Koordinator und da setzen man Prioritäten, 00:02:06.019 --> 00:02:12.022 welche Analysen kommen zuerst dran, welche Dissertationen von diesen Doktoranden 00:02:12.022 --> 00:02:16.904 werden dann auch zu Publikationen vom ganzen Experiment. 00:02:19.326 --> 00:02:24.128 Und jetzt inzwischen koordiniere ich das Analyseprogramm, also ich bin im Software. 00:02:25.628 --> 00:02:29.680 Wir schreiben das Analyseprogramm völlig neu für den Endbenutzer, 00:02:29.680 --> 00:02:35.773 für die letzten Daten, die wir jetzt so langsam bekommen vom LAC. 00:02:36.074 --> 00:02:39.516 Wir haben den Detektor völlig umgebaut und dann müssen wir natürlich auch das 00:02:39.516 --> 00:02:40.577 Software völlig umbauen. 00:02:40.577 --> 00:02:44.670 Ok, auch über die Software können wir vielleicht mal ein bisschen ausführlicher 00:02:44.670 --> 00:02:47.161 reden, das hatten wir bisher hier noch nicht so im Fokus. 00:02:48.723 --> 00:02:51.905 Es würde mich natürlich erst mal interessieren, wie du überhaupt zu dem Thema 00:02:51.905 --> 00:02:56.228 gekommen bist, wie du deinen Einstieg in die Wissenschaft gefunden hast und 00:02:56.228 --> 00:02:57.869 letzten Endes am CERN gelandet bist. 00:02:59.891 --> 00:03:03.833 Ich habe in Lausanne, nicht weit von hier, Physik studiert. 00:03:03.833 --> 00:03:05.155 Andere Seite vom See sozusagen? 00:03:05.476 --> 00:03:11.907 Ja, so ungefähr. Am Anfang war ich mehr für Astronomie interessiert und darum 00:03:11.907 --> 00:03:15.192 habe ich mich eher in der Psyche eingestellt. 00:03:15.701 --> 00:03:19.424 Uni eingeschrieben und nicht in der Technischen Hochschule, die auf der anderen 00:03:19.424 --> 00:03:22.726 Seite von der Straße liegt. Denn die Astronomie war an der Uni. 00:03:24.768 --> 00:03:28.671 Aber dann waren die Vorlesungen ziemlich langweilig von den Astronomen. 00:03:29.332 --> 00:03:31.253 Die haben uns wahrscheinlich die falschen geschickt. 00:03:33.015 --> 00:03:37.218 Denn zum Beispiel der Major, der Nobelpreisträger, der wäre auch einer davon 00:03:37.218 --> 00:03:39.339 gewesen. Der hat in Genf unterrichtet. 00:03:39.960 --> 00:03:44.403 Das ist die gleiche Gruppe. Aber die entscheiden, wer geht nach Lausanne, wer geht nach Genf. 00:03:45.384 --> 00:03:49.647 Und irgendwann habe ich dann entdeckt, dass Teilchenphysik ganz interessant ist. 00:03:49.647 --> 00:03:54.470 Ich wusste eigentlich als Erstjahrstudent überhaupt nichts über CERN. 00:03:54.470 --> 00:04:00.734 Das war überhaupt kein Thema, obwohl ich 60 Kilometer von CERN entfernt gewohnt 00:04:00.734 --> 00:04:04.977 habe. Das war überhaupt kein Thema in der Schule. 00:04:07.299 --> 00:04:10.141 Und da lief auch nicht viel zu der Zeit. 00:04:10.201 --> 00:04:12.122 Von welchem Zeitraum reden wir da? 00:04:12.122 --> 00:04:18.786 Da sind wir in den 90er Jahren. Ja gut, da war Lab am, nee das war vor den 90er, 00:04:18.786 --> 00:04:21.148 das war gerade als Lab startete. 00:04:21.488 --> 00:04:26.331 Und irgendwie habe ich das verpasst und CERN habe ich dann entdeckt als Physikstudent. 00:04:27.072 --> 00:04:33.185 Also ich war nicht von der Teilchenphysik angezogen, sondern von der Astronomie. 00:04:33.185 --> 00:04:38.219 Und dann bin ich zur Teilchenphysik und da war das neue Experiment, 00:04:38.219 --> 00:04:40.940 das neue Projekt, das wir starteten, war LACB. 00:04:42.521 --> 00:04:45.662 Also da habe ich als Doktorand 1996 angefangen. 00:04:48.163 --> 00:04:53.944 Das war dann zwölf Jahre bevor das Experiment überhaupt die ersten Daten bekam. 00:04:54.744 --> 00:05:00.646 Wir waren da am optimieren und tüfteln welche Detektoren, wie wir den Detektor 00:05:00.646 --> 00:05:03.966 bauen und simulieren, alles mögliche. 00:05:05.326 --> 00:05:09.549 Ich war einer von den ersten Doktoranden auf diesem Experiment, 00:05:09.549 --> 00:05:16.333 habe natürlich überhaupt keine Daten gesehen, darum bin ich dann nach meiner 00:05:16.333 --> 00:05:21.496 Dissertation so schnell wie möglich weg, nach Japan, zum Bell Experiment, 00:05:21.496 --> 00:05:23.217 das ähnliche Physik macht. 00:05:23.957 --> 00:05:27.459 Und das war da am Laufen, aber dann bin ich nach zwei Jahren wieder zurück zum 00:05:27.459 --> 00:05:32.122 CERN und seitdem bin ich hier. 00:05:33.263 --> 00:05:37.205 Manchmal in London, manchmal in Amsterdam, aber immer mit dem LACB Experiment. 00:05:37.906 --> 00:05:41.498 Na dann wirst du ja einiges zu berichten haben und hast die ganze Geschichte 00:05:41.498 --> 00:05:43.750 im Prinzip mitverfolgen können von Anfang an. 00:05:46.042 --> 00:05:51.215 Jetzt haben wir ja, das kam jetzt hier in der letzten Sendung natürlich klar 00:05:51.215 --> 00:05:52.756 durch und ich habe es ja auch schon erwähnt, 00:05:52.756 --> 00:05:56.979 wir sind am Zerren, wir haben hier diese Beschleunigungsringe, 00:05:56.979 --> 00:06:00.441 diese ganze Kaskade, diese Kette von einzelnen Beschleunigern, 00:06:00.441 --> 00:06:04.924 die sich gegenseitig die Teilchen hinein beschleunigen und jeder Ring gibt immer 00:06:04.924 --> 00:06:06.766 wieder was dazu und der große Ring, 00:06:06.766 --> 00:06:12.071 der LHC, der Large Hadron Collider, der hat eben diese Besonderheit, 00:06:12.071 --> 00:06:15.194 dass er eben, also hat viele Besonderheiten, aber unter anderem halt die, 00:06:15.194 --> 00:06:20.904 dass eben diese vier großen Detektorsysteme, die vollständig unabhängig voneinander 00:06:20.904 --> 00:06:25.383 arbeiten da sind und während CMS und Atlas eben eine, 00:06:27.114 --> 00:06:32.118 mehr so ein Pärchen sind, um sich gegenseitig kontrollieren zu können für so 00:06:32.118 --> 00:06:35.720 die Hauptaufgaben, die man beim Design des LHC gesehen hat. 00:06:36.141 --> 00:06:41.744 Alice halt sozusagen nochmal nebenan und schaut auf die Bleikerne, 00:06:41.744 --> 00:06:42.465 die dort vorbeifliegen. 00:06:46.328 --> 00:06:50.531 Und jetzt gibt es halt noch diesen vierten, den LHC-B, der halt so den Large 00:06:50.531 --> 00:06:54.754 Hadron Collider nochmal so im Namen trägt, plus das kleine B. 00:06:55.014 --> 00:06:59.096 Und was macht jetzt dieses B und warum braucht es diesen LHC-B Detektor? 00:06:59.957 --> 00:07:01.377 Was ist das Ziel dieses Detektors? 00:07:02.878 --> 00:07:06.380 Warum wurde der überhaupt noch mit dazu gebaut? Was will man hier herausfinden? 00:07:08.361 --> 00:07:13.764 Also die zwei großen, Atlas und CMS, die suchen neue Teilchen. 00:07:13.764 --> 00:07:18.487 Die wurden optimiert, dass sie den Higgs finden können. Das haben sie auch gemacht. 00:07:18.967 --> 00:07:24.410 Jetzt suchen sie auch nach anderen Teilchen. Wir haben da ein anderes Programm. 00:07:24.410 --> 00:07:30.893 Wir studieren CP-Verletzung. Das ist der Unterschied zwischen Materie und Antimaterie. 00:07:31.614 --> 00:07:36.097 Und für die Leute, die das Podcast folgen, werden ja wohl wissen, 00:07:36.097 --> 00:07:42.422 dass wir da ein Problem haben in der Kosmologie, dass wir ein Universum haben, das aus Materie ist. 00:07:42.422 --> 00:07:44.863 Ich weiß nicht, ob das alle wissen. Erzähl mal, was das Problem ist. 00:07:44.863 --> 00:07:48.426 Das Problem ist, wir haben ein Universum aus Materie, aus Atomen. 00:07:52.529 --> 00:07:57.572 Und Antimaterie, das sind die gleichen, dasselbe, andersrum, 00:07:57.572 --> 00:07:59.614 mit einer anderen elektrischen Ladung. 00:08:00.755 --> 00:08:07.561 Und das gibt es auch, das kann man produzieren, aber man findet es in der Natur nicht. 00:08:08.090 --> 00:08:13.574 Und dann muss man ja erklären, wie es möglich war am Anfang im Big Bang, 00:08:13.574 --> 00:08:16.856 dass diese ganze Energie, die da war, 00:08:16.856 --> 00:08:22.429 die sich normalerweise von den physikalischen Gesetzen in eine Hälfte in Materie 00:08:22.429 --> 00:08:31.064 und die andere Hälfte in Antimaterie formen sollten, das dann nur Materie produziert hat. Und das geht. 00:08:32.105 --> 00:08:38.069 Da hat Sakharov, der Friedensnobelpreisträger, aber auch Physiker, 00:08:38.069 --> 00:08:45.373 hat erklärt, was man genau braucht. Und ein von den drei Ingredienten ist diese CP-Verletzung. 00:08:46.674 --> 00:08:53.679 Das heißt, man braucht fundamentale Unterschiede in den physikalischen Gesetzen 00:08:53.679 --> 00:08:55.800 zwischen Materie und Antimaterie. 00:08:56.241 --> 00:09:02.345 Das heißt, ein Prozess, das in der Materie passiert würde, würde in der Antimaterie 00:09:02.345 --> 00:09:03.485 leicht anders passieren. 00:09:04.446 --> 00:09:06.147 Das gibt es, das haben wir. 00:09:07.269 --> 00:09:11.030 Vor über 50 Jahren wurde das entdeckt. Das war ein bisschen eine Überraschung. 00:09:11.270 --> 00:09:12.571 Dass es einen Unterschied gibt? 00:09:12.571 --> 00:09:18.116 Dass es einen Unterschied gibt, denn zuerst dachte man, die Physik ist völlig 00:09:18.116 --> 00:09:22.659 symmetrisch zwischen Materie und Antimaterie. 00:09:23.040 --> 00:09:24.961 Dann wurde entdeckt, dass das nicht der Fall ist. 00:09:29.826 --> 00:09:33.828 Die schwache Wechselwirkung sieht da Unterschiede. Aber diese Unterschiede, 00:09:33.828 --> 00:09:36.270 die hat man gemessen und die sind viel zu klein. 00:09:37.231 --> 00:09:38.592 Um relevant sein zu können. 00:09:39.773 --> 00:09:44.296 Damit kann man nicht erklären, warum wir überhaupt da sind. 00:09:44.296 --> 00:09:48.439 Aber was für Unterschiede hat man denn gefunden? Was ist denn anders? 00:09:48.439 --> 00:09:54.302 Ja, was anders ist, das sind die Unterschiede, die wir messen. 00:09:54.302 --> 00:10:00.747 Wir nehmen Teilchen, bei uns, wir sind am besten mit B-Mesonen, 00:10:00.747 --> 00:10:07.051 da kommt das B her. Das sind Teilchen, wo in denen ein B-Quark ist. Es gibt sechs Quarks. 00:10:07.491 --> 00:10:13.233 Die zwei leichtesten machen die Protonen und Neutronen, die wir alle kennen. 00:10:13.233 --> 00:10:15.994 Und dann hat es noch vier, die schwerer sind. 00:10:17.155 --> 00:10:19.295 Strange, Charm, Beauty und Top. 00:10:21.556 --> 00:10:26.458 Und wir sind optimiert für das Beauty, denn das ist der Quark, 00:10:26.458 --> 00:10:29.719 wo die CP-Verletzung am stärksten ist. 00:10:29.719 --> 00:10:30.840 Wann wurde denn aus dem... 00:10:31.653 --> 00:10:37.117 B Quark, was ja ursprünglich eigentlich Bottom Quark heißt und ja auch so noch dokumentiert ist. 00:10:37.508 --> 00:10:42.321 Das Beauty, ist das jetzt sozusagen die Korrektur einer schlechten Namensgebung? 00:10:44.844 --> 00:10:49.007 Das ist ein lustig vom soziologischen Punkt. 00:10:49.347 --> 00:10:53.310 Wir nennen das Beauty, wir nennen uns selber LAC Beauty. 00:10:54.251 --> 00:10:56.393 Atlas und CMS, die würden von Bottom reden. 00:10:57.634 --> 00:11:02.056 Als die Quarks benannt wurden, gab es die zwei Möglichkeiten für das letzte 00:11:02.056 --> 00:11:05.937 Pärchen, Top und Bottom oder Truth und Beauty. 00:11:06.878 --> 00:11:11.660 Niemand redet von Truth. Also das T-Quark, das ist klar Top, 00:11:11.660 --> 00:11:21.245 aber die Physiker, die das B-Quark studieren, die nennen es Beauty, die meisten. 00:11:22.145 --> 00:11:26.967 Die, die es benutzen, um was anderes zu machen, typisch bei Atlas und CMS, 00:11:26.967 --> 00:11:31.370 die werden es eher Bottom nennen. Also bei uns ist es eher Beauty und ich werde 00:11:31.370 --> 00:11:35.691 wahrscheinlich Beauty sagen, aber im Grunde genommen ist es egal. 00:11:36.192 --> 00:11:37.953 Zwei Namen für dasselbe Ding. 00:11:38.753 --> 00:11:42.125 Also mit der Namensgebung in der Wissenschaft oder speziell in der Physik ist 00:11:42.125 --> 00:11:45.538 es schon ein Problem. Da müsste man mal was machen. 00:11:46.839 --> 00:11:48.700 Okay, im Zweifelsfall sagen wir einfach nur B. 00:11:50.622 --> 00:11:56.385 Dieses Standardmodell ist ja schwierig zu verstehen. Oder generell dieser ganze Teilchen zu, 00:11:56.385 --> 00:11:58.887 also was heißt schwierig zu verstehen, man kann sich das natürlich irgendwie 00:11:58.887 --> 00:12:02.790 anschauen und dann hat man etwa eine Vorstellung, die ganze Mathematik nachzuvollziehen, 00:12:02.790 --> 00:12:07.133 glaube ich entzieht sich den meisten Leuten, die jetzt nicht Physik studiert haben. 00:12:07.313 --> 00:12:11.056 Aber ich glaube es ist generell ganz gut das halt irgendwie immer so ein bisschen 00:12:11.056 --> 00:12:14.679 einsortieren zu können. Haben wir hier in den letzten Sendungen ja auch schon probiert. 00:12:15.500 --> 00:12:19.963 Aber vielleicht kann man, würde ich auch gerne nochmal von dir mal so hören, 00:12:19.963 --> 00:12:22.785 deine Meinung dieses Ding mit diesen Generationen. 00:12:23.386 --> 00:12:28.850 Also Standardmodell haben wir ja erstmal so zwei grundsätzliche Aufspaltungen, 00:12:28.850 --> 00:12:31.712 dass man die Leptonen, also wo die Elektronen. 00:12:38.618 --> 00:12:42.140 Dazugehören Und Hadronen sozusagen voneinander trennt und Hadronen sind halt 00:12:42.140 --> 00:12:49.384 die Quarks vor allem und all diese beiden Dinge gibt es halt so in so einer 00:12:49.384 --> 00:12:49.984 dreifachen Ausführung. 00:12:50.685 --> 00:12:55.462 Das heißt man hat festgestellt, okay es gibt Quarks und es gibt irgendwie Leptonen 00:12:55.462 --> 00:13:00.712 und irgendwie gibt es die aber mehrfach in verschiedenen Massen. 00:13:01.893 --> 00:13:06.416 Also dasselbe, was sich exakt genauso verhält, bloß ist es auf einmal schwerer 00:13:06.416 --> 00:13:09.599 und zwar extrem viel schwerer und dann noch mal extrem viel schwerer. 00:13:12.061 --> 00:13:16.784 Gibt es denn schon irgendeine Erklärung dafür, warum das so ist? 00:13:18.110 --> 00:13:19.431 Oder wozu das gut sein soll? 00:13:19.772 --> 00:13:25.075 Also eine Erklärung warum das so ist, das weiß ich nicht und ich glaube das weiß auch niemand. 00:13:28.918 --> 00:13:33.180 Wir bestehen aus Up- und Downquarks und Elektronen, das ist alles die erste 00:13:33.180 --> 00:13:35.221 Generation. Die zweite braucht man nicht. 00:13:36.462 --> 00:13:41.466 Jede Sekunde fliegt ein Myon durch unser Körper, das ist dann die zweite Generation. 00:13:41.786 --> 00:13:47.970 Aber das ist auch das Einzige, das wir mit der zweiten Generation zu tun haben auf diesem Planeten. 00:13:48.330 --> 00:13:52.493 Die alles andere muss man in Beschleuniger produzieren und studieren. 00:13:53.714 --> 00:13:56.756 Wozu das gut ist, das wissen wir, 00:13:56.756 --> 00:14:02.920 denn es wurde 1973 von Kobayashi und Maskawa, 00:14:02.920 --> 00:14:10.846 Die hatten da diese komische Idee, dass man im Standardmodell überhaupt CP-Verletzung 00:14:10.846 --> 00:14:14.668 haben kann, also diesen Unterschied zwischen Quarks und Anti-Quarks, 00:14:14.668 --> 00:14:17.470 muss es drei Generationen haben. 00:14:18.351 --> 00:14:24.816 Am Anfang, die haben das postuliert, 1973, da kannte man drei Quarks, 00:14:24.816 --> 00:14:29.859 war gar nicht sicher, ob das überhaupt Quarks sind oder ob das nur so ein mathematisches Modell ist. 00:14:30.600 --> 00:14:34.562 Und das vierte Quark, Charm, also immer noch in der zweiten Generation, 00:14:34.562 --> 00:14:36.544 das wurde dann ein Jahr später entdeckt. 00:14:36.904 --> 00:14:41.587 Aber irgendwie wussten die schon über das Charm-Quark und haben dann gedacht, 00:14:41.587 --> 00:14:45.510 ja kann man CP-Verletzung mit vier Quarks überhaupt machen? 00:14:46.051 --> 00:14:50.437 Und nein, das verschwindet immer aus den Gleichungen raus. 00:14:50.958 --> 00:14:54.983 Man muss diese dritte Generation haben und dann gibt es etwas, 00:14:54.983 --> 00:14:56.244 was man nicht mehr rauskriegt. und. 00:14:58.438 --> 00:15:07.713 Und dass dann die ganzen Unterschiede, die wir kennen zwischen Materie und Antimaterie, 00:15:07.713 --> 00:15:13.166 dass diese einzige Zahl erklärt, alle unsere Messungen. 00:15:14.547 --> 00:15:18.468 Was heißt denn jetzt CP Verletzung? Was ist denn das C und das P? 00:15:18.468 --> 00:15:22.491 Was wird denn da verletzt? Ist das eine goldene Regel oder ein Gesetz? 00:15:23.571 --> 00:15:28.974 Wir reden von Verletzungen jedes mal, wenn wir der Meinung sind, 00:15:28.974 --> 00:15:36.018 dass es eine Symmetrie gibt, die universal sein sollte und dann merken wir, dass das nicht stimmt. 00:15:36.979 --> 00:15:38.159 Eigentlich sind wir verletzt. 00:15:40.541 --> 00:15:44.643 Das C, das ist für Charge, also alle elektrischen Ladungen werden verkehrt. 00:15:46.785 --> 00:15:51.948 Also die Elektronen werden positiv und die Protonen werden negativ. Das ist einfach. 00:15:53.669 --> 00:15:58.933 Das P, das ist Parität, das ist die Welt wie man sie in einem Spiegel sieht. 00:15:59.873 --> 00:16:03.575 Und das brauchen wir, weil man wusste schon lange, 00:16:03.575 --> 00:16:13.021 dass diese Spiegelreflexion, dass es da einen Unterschied gibt zwischen in der 00:16:13.021 --> 00:16:15.362 schwachen Wechselwirkung, 00:16:15.362 --> 00:16:19.204 also in den typischen Beta-Zerfällen von Atomen. 00:16:23.007 --> 00:16:27.289 Wenn man sich so ein Beta-Zerfall anschaut und dann ein Spiegelbild, 00:16:27.289 --> 00:16:29.871 dann kann man wissen, welches das Spiegelbild ist. 00:16:29.871 --> 00:16:35.974 Das kann man normalerweise In der Physik nicht. Wenn ich ein Billiardspiel anschaue 00:16:35.974 --> 00:16:39.416 und das im Spiegel ansehe, dann habe ich überhaupt keine Ahnung, 00:16:39.416 --> 00:16:42.818 welches jetzt im Spiegel ist. 00:16:42.818 --> 00:16:43.458 Was ist das Original? 00:16:43.759 --> 00:16:45.039 Was ist das Original, ja. 00:16:47.501 --> 00:16:48.962 Aber bei Antimaterie geht das? 00:16:48.962 --> 00:16:57.727 Ja, das geht mit dem Beta-Zerfällen, also mit der Radioaktivität. 00:16:59.648 --> 00:17:04.531 Da sieht man es gut zwischen Materie und Materie im Spiegel, 00:17:04.531 --> 00:17:05.932 da habe ich dann einen grossen Unterschied. 00:17:08.574 --> 00:17:12.716 Aber jetzt wird es ein Gedankenexperiment. Wenn ich jetzt ein Antiatom habe 00:17:12.716 --> 00:17:17.158 und schaue, wie er radioaktiv zerfällt Und das schaue ich mir dann im Spiegel 00:17:17.158 --> 00:17:22.459 an, dann kann ich das jetzt nicht mehr von einem normalen Materiezufall unterscheiden. 00:17:24.930 --> 00:17:31.642 Das ist C und P gleichzeitig. Und das ist der Weg von Materie zu Antimaterie eigentlich. 00:17:32.132 --> 00:17:38.443 Antimaterie sind alle Ladungen umgekehrt, aber auch rechts und links sind auch ausgetauscht. 00:17:41.434 --> 00:17:45.016 Und das dachte man, okay, das ist ein fundamentaler Symmetrie, 00:17:45.016 --> 00:17:52.282 der vom Universum alles respektiert, alles gut und dann wurde in den 60er Jahren 00:17:52.282 --> 00:17:54.263 gefunden, dass das nicht der Fall ist. 00:17:54.263 --> 00:17:59.300 Das war dann mit Zerfällen von Strange Quarks, 00:17:59.300 --> 00:18:06.612 wo es ganz ganz kleine Unterschiede gab und das war dann eigentlich in der Geschichte 00:18:06.612 --> 00:18:09.334 von Teilchenphysik war das so eine Sorte von Krise, 00:18:09.334 --> 00:18:13.857 Denn es war überhaupt nicht möglich, dass man das überhaupt nicht mal parametrisieren 00:18:13.857 --> 00:18:17.459 konnte mit den Modellen, die man damals hatte. Das geht einfach nicht. 00:18:18.219 --> 00:18:22.141 Und dann kamen dann Kobayashi und Maskawa und haben dann einfach postuliert, 00:18:22.141 --> 00:18:26.824 dass es dann zwei Quarks gibt, die viel zu schwer sind, um überhaupt entdeckt 00:18:26.824 --> 00:18:29.886 zu werden und die das erklären. 00:18:30.907 --> 00:18:37.490 Der Beautyquark wurde dann Ende 70er Jahren entdeckt und für den Topquark, 00:18:37.490 --> 00:18:43.534 der ist so unheimlich schwer, da braucht es dann Tevatron in den 90er Jahren, um so weit zu kommen. 00:18:43.574 --> 00:18:47.296 Das heißt entdeckt hat man nicht jetzt auf der Straße gefunden, 00:18:47.296 --> 00:18:51.559 sondern in Beschleunigerringen entsprechend detektiert, aber nicht am CERN, 00:18:51.559 --> 00:18:55.521 sondern in, was war das jetzt in den USA? Ja das war in den USA, ja. 00:18:55.521 --> 00:19:04.246 Beide? Ja, beide. Es gibt so eine komische Situation, dass alle Quarks und Leptonen 00:19:04.246 --> 00:19:08.469 in Amerika entdeckt wurden. 00:19:08.949 --> 00:19:16.834 Und dann die Bosonen, die fanden Wechselwirkungen, Z, W und X, alle in Europa. 00:19:21.256 --> 00:19:25.479 Vielleicht auch irgendeine Art von Verletzung, die man mal genauer untersuchen sollte. 00:19:27.440 --> 00:19:31.902 Okay, also wenn ich das mal kurz zusammenfassen darf, wenn man sich das Standardmodell 00:19:31.902 --> 00:19:36.265 anschaut und dann eben spezifisch dieses Problem, dass irgendwie all diese ganze 00:19:36.265 --> 00:19:38.406 Materie und dann das ganze Standardmodell. 00:19:38.746 --> 00:19:42.428 Wir wissen das gibt's halt auch in gespiegelter Form, das taucht aber so jetzt 00:19:42.428 --> 00:19:46.010 in unserem Alltag nicht auf, alles was uns umgibt ist halt irgendwie Materie, 00:19:46.010 --> 00:19:49.972 aber Antimaterie lässt sich auf jeden Fall erzeugen und sie ist auch irgendwie 00:19:49.972 --> 00:19:52.954 im Weltall schon auch da oder nicht? 00:19:53.835 --> 00:19:58.980 Also ist es generell einfach immer nur so ein temporäres Produkt aus Prozessen 00:19:58.980 --> 00:20:02.984 und dann war's das auch schon wieder und es verpufft und man stellt sich jetzt 00:20:02.984 --> 00:20:07.368 sozusagen die Frage warum verpufft es beziehungsweise warum gibt's das überhaupt? 00:20:08.790 --> 00:20:14.455 Also man kann es produzieren. Aus reiner Energie kann ich ein Paar mit einem 00:20:14.455 --> 00:20:18.499 Elektronen und einem Positronen produzieren. Das geht ziemlich gut. 00:20:19.064 --> 00:20:23.686 Aber dann der Positron, der ist eigentlich stabil, könnte entlang leben. 00:20:24.527 --> 00:20:29.791 Aber sobald er einen Elektron findet, und da gibt es ja viele davon in der Umgebung, 00:20:29.791 --> 00:20:33.674 dann gibt es eine Annihilation und ich kriege wieder zwei Photonen raus. 00:20:33.674 --> 00:20:39.267 Und das ist mit der ganzen Antimaterie so, dass die Schwierigkeit ist, 00:20:39.267 --> 00:20:43.460 sie zu behalten, so lange wie möglich. 00:20:43.460 --> 00:20:47.183 Es gibt ein Experiment am CERN, am Antimatter Decelerator, 00:20:47.183 --> 00:20:50.855 das AD-Experiment, Die produzieren Anti-Atome, 00:20:50.855 --> 00:20:56.929 aber da die Schwierigkeit ist, dass man die im Vakuum so lang wie möglich behalten 00:20:56.929 --> 00:21:02.193 muss und die müssen so weit weg wie möglich von jeglicher Maclary sein, sonst sind sie weg. 00:21:02.684 --> 00:21:07.016 Und im Universum ist das ähnlich, die werden wahrscheinlich auch produziert, 00:21:07.016 --> 00:21:10.979 es gibt ja auch Hochenergie-Kollisionen im Universum, 00:21:10.979 --> 00:21:16.283 aber die verschwinden wieder und das AMS-Experiment, das im Weltall ist, 00:21:16.283 --> 00:21:22.639 Das hat auch nach Anti-Atomen gesucht und findet, 00:21:23.271 --> 00:21:24.411 Keine oder kaum. 00:21:25.272 --> 00:21:30.394 Das Alpha Magnet Spektrometer auf der ISS, was im Prinzip so der Beschleunigerring 00:21:30.394 --> 00:21:34.556 ohne Ring ist. Da nimmt man einfach das, was sowieso schon beschleunigt ist 00:21:34.556 --> 00:21:35.897 und versucht dieselben Analysen. 00:21:37.678 --> 00:21:43.341 Okay, also das sind sozusagen die Rätsel, weil man möchte das natürlich verstehen. 00:21:43.341 --> 00:21:50.004 Man weiß, es gibt die Antimateria, aber man weiß nicht warum und wozu und warum 00:21:50.004 --> 00:21:51.605 es sich dann auch noch anders verhält, 00:21:51.605 --> 00:21:56.127 noch mal besonders und dieses Beauty-Quark ist so ein bisschen der mathematische 00:21:56.127 --> 00:21:59.829 Schlüssel, um sich das überhaupt alles mathematisch herleiten zu können, 00:21:59.829 --> 00:22:01.530 daraus eine brauchbare Theorie abzuleiten. 00:22:03.351 --> 00:22:07.193 Und diese Fragestellung an sich jetzt, die ist sozusagen wichtig. 00:22:07.193 --> 00:22:11.276 Also das ist etwas, das will man einfach verstehen, weil es eben wie so viele 00:22:11.276 --> 00:22:15.658 andere Dinge hier am CERN, ich meine es ist ja einfach mal ein Ort der Grundlagenforschung, 00:22:15.658 --> 00:22:17.739 man will halt alles verstehen. Man kann jetzt nicht einfach so, 00:22:17.739 --> 00:22:20.601 man könnte ja auch sagen, Antimaterie, was kümmert mich das? 00:22:20.601 --> 00:22:22.182 Die ist ja sowieso immer gleich wieder weg. 00:22:22.863 --> 00:22:26.992 So betrifft mich ja nicht groß. So einfach macht man es sich dann nicht, 00:22:26.992 --> 00:22:30.687 sondern man will natürlich schauen, ist das vielleicht in gewisser Hinsicht 00:22:30.687 --> 00:22:34.130 der Schlüssel zu noch was ganz anderem und man weiß es ja nicht. 00:22:37.773 --> 00:22:43.962 Also baut man sich einen Detektor, um was genau zu detektieren, 00:22:43.962 --> 00:22:51.343 diese Beauty-Quarks, das heißt auch hier konsumiert man den Teilchenstrom und 00:22:51.343 --> 00:22:55.385 schaut spezifisch nur auf dieses eine Quark, wenn es denn in so einer Kollision entsteht. 00:22:56.126 --> 00:22:59.929 Ja, hauptsächlich diese Quarks. Wir machen auch ein bisschen Physik mit anderen 00:22:59.929 --> 00:23:01.591 Quarks, aber das ist das Hauptthema. 00:23:01.691 --> 00:23:05.233 Aber warum schaut man sich dann, also man meint ja okay, das spielt jetzt sozusagen 00:23:05.233 --> 00:23:06.474 in dieser Mathematik eine Rolle 00:23:06.474 --> 00:23:12.558 und das heißt, man will dann genauer verstehen, was es tut, kann, macht? 00:23:13.479 --> 00:23:17.962 Da schaut man sich die Teilchen an, in denen ein B-Quark ist. 00:23:17.962 --> 00:23:20.644 Denn B-Quarks kann man nicht allein produzieren. Das ist ... 00:23:22.909 --> 00:23:26.251 Das Hauptproblem, es wäre fantastisch, wenn man es direkt studieren könnte, 00:23:26.251 --> 00:23:32.796 aber die Quarks sind immer in Pärchen oder in Dreiergruppen wie Protonen und 00:23:32.796 --> 00:23:37.920 Neutronen, also schauen wir uns die Teilchen an, in denen es einen B-Quark hat 00:23:37.920 --> 00:23:39.461 und dann noch ein anderer Quark. 00:23:39.921 --> 00:23:46.106 Und diese B-Quarks, die leben ziemlich kurz, so ein Millionstel von Millionstel 00:23:46.106 --> 00:23:48.768 Sekunden, wir sind in 10 Tau hoch, minus zwölf. 00:23:50.530 --> 00:23:53.772 Und dann zerfallen sie und wir schauen uns an, wie sie zerfallen. 00:23:55.213 --> 00:23:59.335 Und spezifisch schauen wir uns an, ob die B-Quarks und die Anti-B-Quarks ähnlich zerfallen. 00:24:02.358 --> 00:24:09.483 Und ähnlich oft. Und das ist eigentlich der Schlüssel, um herauszufinden, 00:24:09.483 --> 00:24:14.697 wie viel CP Verletzung es hat in den Experimenten, die wir machen. 00:24:15.288 --> 00:24:20.152 Eine ganz große Liste von Zerfallsmöglichkeiten, die wir uns anschauen. 00:24:20.672 --> 00:24:24.835 Und dann messen wir den Unterschied zwischen Bequarks und Anti-Bequarks und 00:24:24.835 --> 00:24:29.439 versuchen zu verstehen, woher diese Unterschiede kommen und besonders, 00:24:29.439 --> 00:24:34.363 ob die mit der Vorhersage vom Standardmodell passen oder nicht. 00:24:35.123 --> 00:24:36.584 Und bis jetzt passen sie. 00:24:37.365 --> 00:24:40.928 Das ist natürlich nicht das, was ich gehofft habe. 00:24:42.849 --> 00:24:49.433 Aber es passt ganz gut. Das heißt, dass diese einzige Zahl von Kobayashi und 00:24:49.433 --> 00:24:54.595 Maskawa das alles erklärt und das heißt, das Problem haben wir immer noch mit 00:24:54.595 --> 00:24:57.097 der Antimaterie vom Universum. 00:24:57.917 --> 00:25:02.920 Was wir gehofft hatten ist, dass wir dann irgendwelche Unterschiede sehen und 00:25:02.920 --> 00:25:10.704 dass es dann kleine Unterschiede zwischen der Vorhersage und der Messung gibt, 00:25:10.704 --> 00:25:16.308 die dann mit anderen Parametern und anderer Physik erklärt werden müssen. 00:25:18.709 --> 00:25:22.511 So wie muss man denn dem ganzen technisch auf den Pelz rücken? 00:25:24.893 --> 00:25:32.479 Also wenn man jetzt, also ich meine man muss ja jetzt erstmal eine Kollision 00:25:32.479 --> 00:25:34.900 beobachten bei dem jetzt diese Beauty Quarks entstehen. 00:25:36.442 --> 00:25:39.749 Das tun sie wahrscheinlich mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit, 00:25:39.749 --> 00:25:45.067 die vielleicht nicht so hoch ist, aber ausreichend, damit man halt auch nie was sieht. 00:25:47.309 --> 00:25:53.193 Ähnelt jetzt sozusagen dieser Detektor den anderen oder muss man hier aus irgendwelchen 00:25:53.193 --> 00:25:54.333 Gründen ganz anders herangehen? 00:25:55.114 --> 00:25:59.116 Ja wir gehen ganz anders heran. Aus mehreren Gründen, aber der Hauptgrund ist, 00:25:59.116 --> 00:26:02.398 dass der B-Quark ziemlich leicht ist. 00:26:02.839 --> 00:26:06.760 Wir reden da von 5 GeV, das ist fünfmal eine Protonenmasse. 00:26:08.125 --> 00:26:15.290 Der Higgs ist auf 125 und das ist ein großer Unterschied in so einer Kollision von Protonen, 00:26:15.290 --> 00:26:21.235 wenn man ein schweres Teilchen produziert, dann kann es überall hingehen, 00:26:21.235 --> 00:26:23.136 in alle möglichen Richtungen. 00:26:23.998 --> 00:26:29.782 Die leichten Teilchen, die werden meistens bleiben sie in der Nähe von dem Strahlen 00:26:29.782 --> 00:26:32.964 und gehen dann seltener zur Decke hoch. 00:26:33.425 --> 00:26:38.048 Und da ist es dann interessanter, dass wir uns nur die Gegend anschauen, 00:26:38.048 --> 00:26:41.830 die um den LHC Strahl ist. 00:26:42.471 --> 00:26:46.213 Also wir haben da einen Detektor, das sieht mehr wie eine Pyramide aus, 00:26:46.213 --> 00:26:47.954 eine ziemlich steile Pyramide, horizontale. 00:26:50.056 --> 00:26:53.738 Und wir schauen uns an, was nach vorne geht. Wir könnten uns auch anschauen, 00:26:53.738 --> 00:26:55.420 was nach hinten geht, in die andere Richtung. 00:26:55.420 --> 00:26:58.502 Aber dafür haben wir einfach nicht genug Platz. 00:26:58.502 --> 00:27:02.104 Also wir haben entschieden, gut, die Hälfte der Daten, alles was in die falsche 00:27:02.104 --> 00:27:04.046 Richtung geht, das ist verloren. 00:27:04.046 --> 00:27:10.330 Wir schauen uns ganz genau an, was in die Richtung von Atlas eigentlich, 00:27:10.330 --> 00:27:14.934 dass alles was auf diese Seite geht, dass wir uns das ganz genau anschauen. 00:27:14.934 --> 00:27:18.977 Das hat einen anderen Vorteil, dass wir da in dieser Richtung schauen, 00:27:18.977 --> 00:27:24.881 ist dass wir müssen diese Bequaks identifizieren und der Schlüssel ist, 00:27:24.881 --> 00:27:29.764 dass sie eine Lebensdauer haben, die sehr kurz ist, aber nicht null. 00:27:29.905 --> 00:27:31.125 Und das können wir auflösen. 00:27:32.006 --> 00:27:35.408 Wenn sie ganz ganz schnell sind, wenn sie noch hohen Momentum haben, 00:27:35.408 --> 00:27:37.309 dann fliegen die so ungefähr einen Zentimeter. 00:27:38.710 --> 00:27:45.615 Das ist so die Größenordnung, die wir haben. Und das können wir mit unserem Detektor auflösen. 00:27:47.096 --> 00:27:50.799 Das ist für Atlas und CMS, die versuchen auch diese Physik zu machen, 00:27:50.799 --> 00:27:53.100 das ist nicht deren Hauptthema, aber die haben auch Gruppen, 00:27:53.100 --> 00:27:57.203 die das machen, ist das schwieriger, weil die haben ja ihre Detektoren, 00:27:57.203 --> 00:27:58.804 die weiter weg sind von Prognosen. 00:28:00.525 --> 00:28:02.407 Wir können ganz ganz nah ran. 00:28:05.409 --> 00:28:08.331 Also wie groß muss man sich den ganzen Aufbau so vorstellen? 00:28:08.771 --> 00:28:11.753 Vielleicht können wir uns mal von den Dimensionen ein bisschen annähern. 00:28:11.753 --> 00:28:21.400 Ja, also das Experiment ist so ungefähr 20 Meter lang und wir sind da in einer 00:28:21.400 --> 00:28:27.004 großen Höhle und durch die Höhle geht der LAC Strahl. 00:28:28.145 --> 00:28:33.489 Aber der Kollisionspunkt ist auf der Seite von der Höhle. Also eigentlich gerade da, wo sie endet. 00:28:33.950 --> 00:28:40.976 Und dann eine Seite, wie gesagt, da geht es dann in die Mauer oder in den Tunnel vom LAC. 00:28:40.976 --> 00:28:45.780 Und die andere Seite geht dann in unsere LACB-Höhle rein. Und da haben wir einen 00:28:45.780 --> 00:28:50.704 Detektor, der ist 20 Meter lang und am anderen Ende dann so bis zu 10 Meter hoch. 00:28:52.502 --> 00:28:59.247 Um den Kollisionspunkt haben wir einen Vertex-Detektor. Das ist ein Detektor, 00:28:59.247 --> 00:29:06.612 in dem wir die Zerfallspunkte, das ist dieser Vertex, so genau wie möglich auflösen wollen. 00:29:06.952 --> 00:29:10.774 Zuerst an den Primär, den Kollisionspunkt von den zwei Protonen. 00:29:10.774 --> 00:29:17.519 Und dann fliegt dieses B-Quark ein Zentimeter oder so, zerfällt in andere Teilchen 00:29:17.519 --> 00:29:20.201 und diese anderen Teilchen werden dann entdeckt. 00:29:21.142 --> 00:29:24.863 Und dann können wir uns ausrechnen, wo genau dieser Zerfall war. 00:29:25.304 --> 00:29:31.417 Das heißt, der Detektor detektiert jetzt das B-Quark selbst eigentlich nicht unmittelbar, 00:29:31.417 --> 00:29:34.428 sondern man schaut einfach nur auf 00:29:34.428 --> 00:29:40.411 die Zerfallsprodukte, die eben diese Selbstauslöschung quasi hervorbringt. 00:29:41.152 --> 00:29:45.094 Das ist ja hier immer ein wiederkehrendes Thema, dass einfach bestimmte Teilchen 00:29:45.094 --> 00:29:49.206 sind dann einfach nicht stabil oder zumindest nicht besonders lange und dann 00:29:49.206 --> 00:29:51.157 teilen sie sich eben in andere Teilchen auf, 00:29:51.157 --> 00:29:55.559 aber das ist so ein spezifischer Fingerabdruck, den man dann einfach sofort 00:29:55.559 --> 00:29:58.720 erkennen kann, dass man sagt, okay alles klar, das war mal wieder eins. 00:29:59.501 --> 00:30:02.583 Wobei es könnte ja auch sein, dass mal eins kommt, was sich irgendwie in andere 00:30:02.583 --> 00:30:05.305 Bestandteile aufteilt oder ist das nicht? 00:30:05.305 --> 00:30:13.029 Ja, die möglichen Zerfälle von Beegwarks sind unendlich lang. 00:30:13.029 --> 00:30:18.693 Da hat man eine ganze Liste, Seiten und Seiten von möglichen Zerfällen und wir 00:30:18.693 --> 00:30:22.195 interessieren uns eigentlich auch für die seltensten, 00:30:22.195 --> 00:30:29.919 die man in einem von einer Million oder sogar seltener Beegwarks hat. 00:30:32.621 --> 00:30:33.581 So exotisches Zeug. 00:30:35.243 --> 00:30:40.766 Ja exotisches Zeug. Aber das wird dann später gemacht, 00:30:40.766 --> 00:30:45.729 dann schauen wir uns die Falzprodukte an und versuchen sie zu kombinieren und 00:30:45.729 --> 00:30:50.552 wenn das ein BMW-Sohn ergibt, dann haben wir einen Kandidaten und wenn nicht, 00:30:50.552 --> 00:30:51.713 dann schmeißen wir ihn weg. 00:30:51.974 --> 00:30:57.337 Das heißt der ganze technische Aufbau ist jetzt nicht so brutal groß wie das 00:30:57.337 --> 00:31:01.449 jetzt bei CMS oder Atlas ist. Kennt man ja alle die Bilder. Irgendwie riesiger 00:31:01.449 --> 00:31:04.441 Ring mitten in der Erde, irgendwie 20 Meter hoch. 00:31:04.581 --> 00:31:07.318 Hier gibt es auch 20 Meter, aber es geht mehr so in die Länge. 00:31:07.318 --> 00:31:09.152 Und was war das? 10 Meter hoch? 00:31:11.427 --> 00:31:15.539 Diese Pyramidenstruktur, also dass man sozusagen so einen Schusskanal, 00:31:15.539 --> 00:31:20.252 der sich da ergibt, so einen Verteilungskanal noch abgedeckt bekommt. 00:31:20.792 --> 00:31:25.095 Und ist dann aber die Detektortechnik jetzt selber, die diese Teilchen registriert, 00:31:25.095 --> 00:31:29.017 ist die dann wiederum vergleichbar mit dem, was in den anderen Detektoren gemacht 00:31:29.017 --> 00:31:31.818 wird? Kommen auch diese Siliziumfolien und so weiter zum Einsatz? 00:31:31.818 --> 00:31:35.680 Das ist sehr ähnlich, denn das ist von der Physik definiert. 00:31:40.724 --> 00:31:44.505 Wir müssen diese Teilchen finden, wir müssen ihr Momentum messen, 00:31:44.505 --> 00:31:49.068 das heißt wir brauchen ein magnetisches Feld Und dann brauchen wir Detektoren 00:31:49.068 --> 00:31:54.272 da drin, die die Spuren, die sie hinterlassen, messen. 00:31:54.833 --> 00:32:00.897 Und dann gibt es eine Serie von Detektoren, die dann teils spezifisch sind. 00:32:00.897 --> 00:32:05.660 Zuerst der elektromagnetische Kalorimeter, das ist für Elektronen und Photonen. 00:32:07.022 --> 00:32:13.546 Und nachdem hat es dann keine Elektronen und Photonen mehr, denn die haben sich da drin aufgelöst. 00:32:13.826 --> 00:32:20.291 Und dann kommen dann die Hadronen, Kaon und Pion, das sind die leichten Teilchen 00:32:20.291 --> 00:32:24.153 mit Quarks, mit leichten Quarks. Und dann am Ende haben wir die Myonen. 00:32:24.153 --> 00:32:27.255 Und diese Reihenfolge ist in allen Detektoren dieselbe. 00:32:28.616 --> 00:32:34.300