Download PDF by Jörg Resag: Die Entdeckung des Unteilbaren: Quanten, Quarks und der LHC

By Jörg Resag

Mitten in Europa ist eine der gr??ten und komplexesten Maschinen in Betrieb gegangen, die wir Menschen je gebaut haben: der huge Hadron Collider (kurz LHC). Mit ihm ?ffnet sich ein Fenster in eine neue Welt, die viele Geheimnisse birgt: used to be verleiht den Teilchen der Materie ihre Masse? Gibt es verborgene Raumdimensionen? Existiert ein tiefer Zusammenhang zwischen Teilchen mit verschiedenem Spin (Supersymmetrie)? Woraus besteht die dunkle Materie, die unser Universum durchdringt? Mit diesem Buch taucht der Leser ein in diese wunderbare Welt, die wir Menschen in der Neuzeit entdeckt haben: Atome und ihre Substruktur aus Quarks und Leptonen, die r?tselhafte Quantenmechanik, Teilchen des Lichts, Einsteins Gewebe aus Raum und Zeit, die vier Wechselwirkungen und schlie?lich die neue Welt, in die der LHC gerade vordringt und in der wir Higgs-Teilchen, Supersymmetrie und wom?glich erste Anzeichen f?r die String-Theorie vermuten. Nach der Lekt?re ist klar: Wir leben in einer erstaunlichen Welt und sind gerade im Begriff, bei der Entr?tselung ihrer Geheimnisse einen entscheidenden Schritt nach vorne zu gehen.

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Bei einer Wellenfunktion wollen wir dabei einen in 3-Uhr-Richtung orientierten Pfeil als Wellenberg und einen entgegengesetzt orientierten Pfeil als Wellental bezeichnen. Eine ebene Welle bedeutet für eine Wellenfunktion, dass sich die Orientierung der Pfeile wellenförmig ändert, während ihre Länge konstant bleibt. Die einzelnen Pfeile an verschiedenen Orten drehen sich also ständig, wobei benachbarte Pfeile leicht unterschiedlich orientiert sind. Macht man eine Momentaufnahme der Welle und bewegt sich in dieser Aufnahme senkrecht zu den Wellenfronten, so ist jeder neue Pfeil im Vergleich zu dem vorherigen Pfeil um einen bestimmten Winkel verdreht.

Außer Ort und Geschwindigkeit gibt es weitere solche komplementäre Größen, von denen wir später einige weitere kennenlernen werden. Eine beliebig präzise Teilchenbahn kann also niemals angegeben werden, da Ort und Geschwindigkeit des Teilchens dafür zugleich bekannt sein müssen.

Die Ortsunsicherheit Dx ist also ungefähr gleich der räumlichen Ausdehnung des Wellenpaketes, und die Geschwindigkeitsunsicherheit Dv gibt ungefähr die Größe des Geschwindigkeitsintervalls an, das man braucht, um durch Überlagerung der zugehörigen ebenen Wellen das Wellenpaket aufzubauen. Es zeigt sich nun, dass das Produkt aus Ortsunsicherheit Dx und Geschwindigkeitsunsicherheit Dv multipliziert mit der Masse m des Teilchens sich niemals unter einen bestimmten Wert drücken lässt. Dieser Wert ist durch das Planck’sche Wirkungsquantum mal einem Zahlenfaktor gegeben.

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