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Strukturen und Symmetrien in der Quantenwelt

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Fragen Sie die Experten, warum es verschiedene Quark-Teilchen gibt, wie man sie im Standardmodell mit Elektronen, Myonen und dem Higgs-Teilchen zu Materie und Antimaterie zusammenfügt und was es mit dunkler Materie und dunkler Energie auf sich hat.

Themen:

A1 - Unsere Welt – alles Quark? – Struktur der Atomkerne und das Standardmodell
Universität Münster, Institute für Theoretische Physik und für Kernphysik

A2 - Gebrochene Symmetrien – Higgs & Co.
Universität Wuppertal, Fachbereich C-Physik

A3 - Links oder Rechts? – Parität und Paritätsverletzung
Universität Mainz

Die Parität ist eine grundlegende Symmetrie in der Physik. Auf mikroskopischer Ebene hingegen zeigt sich, dass diese Parität verletzt ist. Am Stand lässt sich die eigene Spiegelsymmetrie testen und man kann herausfinden, wie die Paritätsverletzung Gegenstand moderner Forschung ist.

A4 - Teilchen und Antiteilchen – Kosmische Strahlung
Universität Münster, Institut für Kernphysik

Mehr als nur Licht aus dem All: Wie macht man Teilchen aus dem Kosmos sichtbar? Mit einfachen Detektoren konnten die schweren Geschwister der Elektronen und ihre Antiteilchen in der kosmischen Strahlung entdeckt werden.

A5 - Verwandlungskünstler Neutrino – Neutrinooszillationen
Universität Münster, Institut für Kernphysik

Neutrinos sind neben den Lichtteilchen (Photonen) die häufigsten Teilchen im Universum. Wie die anderen Materieteilchen kommen sie in 3 Generationen bzw. Familien vor. Kürzlich wurde entdeckt und 2015 mit dem Nobelpreis Physik geehrt, dass sich Neutrinos einer Generation im Flug in eine andere umwandeln. So wandeln sich Elektronneutrinos aus der Sonne auf ihrem Weg zur Erde größtenteils in Myon- oder Tauneutrinos um. Damit müssen Neutrinos – entgegen bisheriger Annahmen – doch eine kleine Masse besitzen, die eine wichtige astrophysikalische und kosmologische Bedeutung hat. Sie wird mit dem KATRIN-Experiment versucht, zu bestimmen. Der Quanteneffekt der Neutrinooszillation wird mittels polarisierter Photonen an einem interaktiven Live-Experiment illustriert.

A6 - Überall vorhanden – Kosmische Neutrinos
Universität Münster, Institut für Kernphysik

Mit gigantischen Teleskopen, die tief im Eis der Antarktis verborgen sind, erforschen Astrophysiker den Kosmos. Ziel ist die Detektion von Neutrinos, die in den Tiefen des Alls an den extremsten Orten wie der Umgebung von schwarzen Löchern und explodierenden Sternen erzeugt werden. Erfahren Sie, wie diese ungewöhnlichen Teleskope funktionieren, und werden Sie mit unserem animierten Detektormodell selbst zum Neutrinoastronomen. 

A7 - Symmetriekünstler – Atome im Periodensystem
Universität Münster, Institut für Didaktik der Physik

Welche verborgenen Symmetrien helfen dabei, die Anordnung aller chemischen Elemente unseres Universums im Periodensystem der Elemente zu verstehen? Durch den Vergleich der Elektronen mit schwingenden Saiten und weiteren, komplexeren Schwingungsmustern ergibt sich ein überraschend einfaches und ästhetisches Ordnungsprinzip für die Elektronkonfigurationen der Elemente im Periodensystem.

A8 - Größen, die die Welt regieren – Die Naturkonstanten des Universums
Physikalisch-Technische Bundesanstalt Braunschweig

Das Bezugssystem, in dem wir „die Welt vermessen“, liegt fest. Wir teilen etwa die Zeit in Sekunden, die Länge in Meter und die Masse in Kilogramm. Das internationale Einheitensystem (SI) wird von nahezu 100 Staaten mitgetragen und ist damit eine globale Erfolgsgeschichte. Jetzt erhält das SI eine grundlegende Auffrischung, so dass es allen wissenschaftlichen und technischen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts gelassen entgegensehen kann. Naturkonstanten wie die Lichtgeschwindigkeit oder die Ladung des Elektrons werden den Einheiten die bestmögliche Definitionsgrundlage liefern.

A9 - Strukturen am Himmel – Neue Fernrohre in der Astronomie
DESY, Standort Zeuthen

Das Cherenkov Telescope Array CTA ist ein Observatorium für hochenergetische Gamma-Strahlung. Es wird Astrophysikern die Möglichkeit bieten, die energiereichsten Phänomene im Universum zu verstehen. Geplant sind insgesamt über 100 Teleskope unterschiedlicher Größe. Das Modell am Stand zeigt eines der mittleren Teleskope mit 12 m Durchmesser des Spiegelträgers. Im Jahr 2012 wurde ein Prototyp in Berlin aufgebaut, um die mechanische Struktur und die Antriebssysteme in Originalgröße zu testen.

A10 - … und die einen stehen im Dunklen – Dunkle Materie und dunkle Energie
Universität Münster, Institute für Theoretische Physik und für Kernphysik

Zahlreiche astronomische Beobachtungen zeigen, dass dunkle Materie und dunkle Energie im Universum viel bedeutender als alltägliche Materie sind. Gibt es also eine bisher unsichtbare Spiegelwelt? Warum ist sie noch da, und können wir sie vielleicht bald mit dem XENON1T-Experiment im Untergrundlabor LNGS vermessen?

A11 - Struktur der Materie – FAIR: das Universum im Labor
FAIR GmbH

Wie man winzigste Teilchen in einem Teilchenbeschleuniger so richtig auf Touren bringt, können Besucher am Linearbeschleuniger-Modell selbst ausprobieren. Was im Modell mechanisch passiert, geschieht in Großanlagen durch elektrische Spannung - und die bringt die Teilchen bis fast auf Lichtgeschwindigkeit. Im neuen Teilchenbeschleuniger FAIR ist der Linearbeschleuniger des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung die erste Beschleunigungsstufe: Er jagt die Teilchen auf eine Geschwindigkeit von 60.000 Kilometer pro Sekunde.

A12 - Quantengravitation – Mit Symmetrien zur Vereinheitlichung der Physik?
MPI for Gravitational Physics, Potsdam

Was passierte beim Urknall? Wie sieht es im Innern von Schwarzen Löchern aus? Um diese Phänomene zu verstehen, brauchen wir eine Theorie, die das Verhalten immens großer Massen auf extrem kleinen Abständen beschreiben kann. Nach einer solchen "Theorie für Alles", mit der die Relativitätstheorie und die Quantentheorie vereint werden kann, wird schon lange gesucht. Vermutlich spielt eine höchstkomplexe Symmetrie dabei eine besondere Rolle.

A13 - AstroMedia - Zugeschaut und Mitgebaut – Mikroskope und Teleskope selbstgebaut
Fa. Astromedia Versand

In vielen Feststoffen haben die einzelnen Atome eine regelmäßige, periodische Anordnung, es bildet sich ein Kristall (Salz, Zucker, Mineralien, Eis, Metalle). Bei einem amorphen Material dagegen sind die Atome ungeordnet. (Fensterglas, Kunststoff). Überraschenderweise gibt es dazwischen noch quasikristalline Stoffe,  bei denen die  Bausteine zwar periodisch, aber dennoch unregelmäßig angeordnet sind. Mit einem großen Magnetpuzzle kann man am Stand selber einen solchen Quasikristall zusammenbauen. Mit bloßem Auge nicht erkennbare kristalline, quasikristalline und amorphe Strukturen kann man durch ein Beugungsexperiment unterscheiden.