'Bei vielen seiner witzigen Ideen, Physik humorvoll zu erklären, war ich echt sauer. Ich dachte mir: Warum zum Teufel bin ich da nicht drauf gekommen ...'

Vince Ebert, Diplomphysiker und Komiker

Geben Sie's zu, wir alle fragen gerne mal: 'Was ist da drin?' - und einige, die hören mit dem Fragen einfach nicht mehr auf. Sie haken nach, bis es als Antwort nur noch gibt: 'Das war's, kleiner geht's nicht mehr.'

Da wo's klein wird, wird die Welt plötzlich ganz verrückt: Aus purer Energie werden Teilchen erzeugt. Materieteilchen bekommen Geschwister aus Antimaterie. Teilchen, die es eigentlich gar nicht geben dürfte, entstehen plötzlich aus dem Nichts. Die Natur leiht sich Energie, die eigentlich gar nicht da ist. Kräfte verhalten sich völlig anders als alles, was wir aus dem Alltag kennen. Das ist die Welt der Teilchenphysik.

Teilchenphysiker bauen die größten Experimente aller Zeiten, um die kleinsten Teilchen des Universums zu untersuchen. Sie gehen an die Grenzen des technisch Machbaren und arbeiten dabei über Landesgrenzen hinweg zusammen.

Wer das alles auch so spannend findet wie die Teilchenphysiker selbst, ist herzlich eingeladen, dieses Buch zu lesen. Wer glaubt, dass man davon ohne ein Studium in der Teilchenphysik nichts versteht, der auch. Quantenfeldtheorien, Teilchenbeschleuniger, Higgs-Mechanismus und Co. werden hier nämlich statt durch fiese Formeln mit Hilfe von Affen, Enten, Igeln, Bibern und anschaulichen Bildern erklärt. Okay, die fiesen Formeln gibt's auch ab und zu -aber in Kästen, für die, die's wissen wollen. Und mit Hilfe von verlinkten Videos kann man dann auch noch direkt eintauchen in die Welt des CERN, des Teilchenbeschleunigers LHC und des ATLAS Experiments. Viel Spaß dabei!

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.

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Blick ins Buch

Inhaltsverzeichnis

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