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100 Jahre (Quanten-)Physik
Teilchen, Felder und das Universum
Hendrik van Hees
Inhalt
• Was ist Physik?
• Wie alles anfing: Max Planck und die Hohlraumstrahlung
• Moderne Quantentheorie: Einstein, de Broglie, Schrodinger &Co.
• Teilchen: Das”Standardmodell der Elementarteilchen“
• Universum:”Big Bang“ und
”Little Bangs“
Elektromagnetische Wellen#2
• Faraday: Experimente zum Elektromagnetismus ⇒Elektromagnetische (Kraft)-Felder
• Maxwell: Theorie ⇒”Maxwellgleichungen“:
Licht = elektromagnetische Wellenfelder
λ
Planck und die Hohlraumstrahlung#3
• Lummer, Pringsheim, Kurlbaum:Wie sieht die Strahlung eines gluhenden Korpers aus?
• Oktober 1900: Nach jahrelanger Arbeit rat Planck Strahlungs-formel
• Dezember 1900: Planck findet theoretische Erklarung
• Funktioniert nur, wenn Strahlung in Energieportionen (Quan-ten) von Korper absorbiert und emittiert wird
• Quanten mussen ununterscheidbar sein!
Einstein und de Broglie#4
• Einstein 1905: Elektromagnetische Wellen selber verhalten sichwie
”Teilchen“ Photonen
• Ist Licht Welle oder Teilchen?
• Antwort: beides!
• de Broglie 1923: Teilchen haben auch Welleneigenschaften
• In der Quantenwelt hangt es davon ab, was man beobachtet, obWellen– oder Teilcheneigenschaften beobachtet werden
Moderne Quantentheorie#5
• Schrodinger 1925: Mathematische Beschreibung der WellenSchrodingergleichung (Feldgleichung)
• Heisenberg 1925: Abstrakte Matrizenmechanik
• Dirac 1926: Allgemeine Formulierung: Beide Theorien sind iden-tisch!
• Born: Schrodingers Wellen sind keine physikalischen Felder, son-dern Maß fur Wahrscheinlichkeit, ein Teilchen bei Ort x zu finden
• Heisenberg 1927: Unscharferelation”∆x∆p ≥ ~/2“
•Merkregel: Je großer die Energie eines Teilchens, desto kleinereStrukturen kann man mit ihnen beobachten!
• ⇒ Brauche Beschleuniger, die Teilchen mit hoher Energie erzeu-gen!
1896 Becquerel: Atome konnen zer-fallen1911 Rutherford: Atom = Kern +Elektronen1925 Quantentheorie ⇒ kann stabilsein!1938 Chadwick: Atomkerne bestehenaus Protonen und Neutronen1964 Gell-Mann: Protonen und Neu-tronen bestehen aus Quarksheute: Quarks und Elektronen Ele-mentarteilchen