Was die Welt im Innersten zusammenhält | Elementarteilchen | Doku-Special

00:43:53
https://www.youtube.com/watch?v=Wqrvs_FePc8

Sintesi

TLDRDer Text beschreibt die fundamentalen Konzepte der Teilchenphysik und die Rolle von Elementarteilchen in der Materie. Er erklärt, dass alles im Universum aus diesen Teilchen besteht, die Atome bilden und die Welt zusammenhalten. Die Forschung an Elementarteilchen erfolgt in großen Einrichtungen wie dem DESY in Hamburg und dem CERN in Genf, wo Teilchenbeschleuniger eingesetzt werden, um Kollisionen zu erzeugen und neue Teilchen zu entdecken. Diese Forschung hat nicht nur Auswirkungen auf unser Verständnis des Universums, sondern auch auf praktische Anwendungen in der Medizin, Archäologie und anderen Bereichen. Die Suche nach dunkler Materie und die Entwicklung neuer Technologien sind ebenfalls zentrale Themen in der Teilchenphysik.

Punti di forza

  • 🔬 Elementarteilchen sind die Bausteine der Materie.
  • 🌌 Alles im Universum besteht aus Elementarteilchen.
  • ⚛️ Teilchenphysik hilft, das Universum zu verstehen.
  • 🏛️ Teilchenphysik wird in der Archäologie eingesetzt.
  • 💡 Erkenntnisse aus der Teilchenphysik revolutionieren die Medizin.
  • 🔍 Dunkle Materie macht 85% der Materie im Universum aus.
  • 📡 Teilchenphysik hat Anwendungen in der Kommunikation.
  • 📜 Papyri können ohne Beschädigung untersucht werden.
  • 🌋 Myonentomographie hilft bei der Vulkanforschung.
  • 🔭 CERN ist das größte Forschungszentrum für Teilchenphysik.

Linea temporale

  • 00:00:00 - 00:05:00

    Das Universum, die Erde und alles Lebendige bestehen aus Elementarteilchen, die die Grundlage aller Materie bilden. Diese Teilchen sind entscheidend für die Stabilität von Atomen und damit für die Existenz der Welt, wie wir sie kennen. Wissenschaftler wie Christian Schwanenberger erforschen diese Teilchen, um das Universum und unsere Herkunft besser zu verstehen.

  • 00:05:00 - 00:10:00

    Die Geschichte der Elementarteilchen reicht bis zu den alten Griechen zurück, die über unteilbare Teilchen spekulierten. Der Begriff 'Elementarteilchen' tauchte im 20. Jahrhundert auf, als Wissenschaftler entdeckten, dass Atome aus Protonen, Neutronen und Elektronen bestehen, die wiederum aus Quarks und Gluonen zusammengesetzt sind. Das Standardmodell der Teilchenphysik beschreibt verschiedene Gruppen von Elementarteilchen.

  • 00:10:00 - 00:15:00

    In Berlin wird die Papyrussammlung untersucht, um alte Schriftstücke zu entschlüsseln, ohne sie physisch zu beschädigen. Mit Hilfe von Teilchenphysik und Röntgenstrahlen können Wissenschaftler die Inhalte von Papyri virtuell lesen, was einen bedeutenden Fortschritt in der Archäologie darstellt.

  • 00:15:00 - 00:20:00

    Am CERN in Genf wird der Large Hadron Collider (LHC) betrieben, der Protonen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Bei Kollisionen entstehen neue Elementarteilchen, die untersucht werden, um die grundlegenden Bausteine der Materie und die Kräfte im Universum zu verstehen. Der Nachweis des Higgs-Bosons war ein bedeutender Erfolg in der Teilchenphysik.

  • 00:20:00 - 00:25:00

    Die Daten aus den Kollisionen am LHC werden in einem unterirdischen Computerraum analysiert. Hier werden riesige Datenmengen verarbeitet, um neue Teilchen zu identifizieren und die Eigenschaften bekannter Teilchen zu messen. Diese Analysen sind entscheidend für das Verständnis der Materie und der Kräfte im Universum.

  • 00:25:00 - 00:30:00

    Die Myonentomographie wird verwendet, um die inneren Strukturen von Pyramiden zu untersuchen, ohne sie zu beschädigen. Diese Technik hat auch in anderen Bereichen, wie der Vulkanologie und der Überprüfung von Atomkraftwerken, Anwendung gefunden. Sie zeigt, wie Elementarteilchen zur Entdeckung verborgener Strukturen genutzt werden können.

  • 00:30:00 - 00:35:00

    Die Forschung an der Struktur von Viren wird durch die Teilchenphysik unterstützt. Mit Röntgenstrahlen können Wissenschaftler die molekulare Struktur von Krankheitserregern untersuchen, um neue Medikamente zu entwickeln. Diese Methoden sind entscheidend für die Bekämpfung von Infektionskrankheiten.

  • 00:35:00 - 00:43:53

    Die Suche nach dunkler Materie ist eines der größten Rätsel der modernen Physik. Experimente wie das ALPS-Experiment am DESY in Hamburg versuchen, neue Teilchen der dunklen Materie nachzuweisen. Diese Forschung könnte unser Verständnis des Universums revolutionieren und die Grundlagen der Physik erweitern.

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  • Was sind Elementarteilchen?

    Elementarteilchen sind die grundlegenden Bausteine der Materie, aus denen Atome bestehen.

  • Wie werden Elementarteilchen untersucht?

    Elementarteilchen werden in großen Teilchenbeschleunigern wie dem CERN und DESY untersucht.

  • Was ist der Zweck der Teilchenphysik?

    Die Teilchenphysik zielt darauf ab, die grundlegenden Bausteine der Materie und die Kräfte, die das Universum zusammenhalten, zu verstehen.

  • Was ist das Higgs-Boson?

    Das Higgs-Boson ist ein Elementarteilchen, das 2012 am CERN nachgewiesen wurde und eine wichtige Rolle im Standardmodell der Teilchenphysik spielt.

  • Wie beeinflusst die Teilchenphysik die Medizin?

    Die Erkenntnisse aus der Teilchenphysik haben die Diagnostik und Entwicklung von Medikamenten revolutioniert.

  • Was ist dunkle Materie?

    Dunkle Materie ist eine Form von Materie, die nicht sichtbar ist, aber einen großen Teil der Materie im Universum ausmacht.

  • Wie wird die Struktur von Papyri untersucht?

    Die Struktur von Papyri wird mithilfe von Röntgenstrahlen und Teilchenphysik untersucht, um sie ohne Beschädigung zu entschlüsseln.

  • Was ist Myonentomographie?

    Muonentomographie ist eine Technik, die Myonen verwendet, um die innere Struktur von Objekten wie Pyramiden zu untersuchen.

  • Wie wird die Teilchenphysik in der Archäologie eingesetzt?

    Die Teilchenphysik wird verwendet, um historische Dokumente zu analysieren, ohne sie physisch zu öffnen.

  • Was sind die Anwendungen der Teilchenphysik?

    Anwendungen der Teilchenphysik finden sich in Bereichen wie Elektrizität, Kommunikation, Medizin und Archäologie.

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    unser Universum unser Planet Erde und
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    letztlich auch wir selbst wirklich alles
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    besteht aus den gleichen Bestandteilen
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    aus
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    Elementarteilchen nehmen wir einen
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    Mensch sowie einen Stuhl und Schlüsseln
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    sie in ihre Bestandteile auf stoßen wir
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    auf Atome und darin Elektronen Quarks
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    und
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    Gluonen ohne Elementarteilchen GBE es
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    keine Atome alles würde auseinander
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    fallen sie halten also buchstäblich die
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    Welt
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    zusammen was genau sind
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    Elementarteilchen um sie experimentell
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    zu untersuchen braucht es Kilometer
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    lange Tunnel viel Energie gigantische
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    Detektoren und begeisterte
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    Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler
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    wie Christian
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    schwanenberger wenn wir diese Welt der
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    Elementarteilchen besser verstehen
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    woraus die Welt beschaffen ist woraus
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    die Materie besteht und was diese Welt
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    im Innersten zusammenhält desto besser
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    können wir auch verstehen wie unser
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    Universum entstanden ist und dadurch
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    verstehen wir ja eigentlich auch letzten
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    Endes woher wir kommen und wohin wir
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    gehen das Wissen um die unteilbaren
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    Teilchen ließ uns Elektrizität und
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    drahtlose Kommunikation erst richtig
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    verstehen es hat die Diagnostik und die
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    Entwicklung von Medikamenten
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    revolutioniert aber auch die Archäologie
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    entscheidend vorangebracht
  • 00:01:30
    denn Elementarteilchen sind nicht nur
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    der Grundbestandteil jeder Materie
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    manche können auch jede Form von Materie
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    durchdringen Hamburg hier ist das Desi
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    angesiedelt das deutsche
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    elektronensynchrotron eines der weltweit
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    größten Zentren für physikalische
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    Grundlagenforschung mehr als 2000
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    Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler
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    aus über 40 Ländern arbeiten
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    hier der Teilchenphysiker Christian
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    schwanenberger nimmt uns mit in die
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    riesige Tunnelanlage unter dem
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    desigelände Christian schwanenberger ist
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    einer der weltweit renommiertesten
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    Teilchenphysiker Professor an der
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    Universität Hamburg und leitender
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    Wissenschaft
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    weil nur noch in einigen Teilen des
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    Tunnels Experimente stattfinden können
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    wir als Filmteam dort
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    drehen wir fahren jetzt unter die Erde
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    zum Hera Beschleuniger das war der
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    größte Beschleuniger oder ist der größte
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    Beschleuniger den Deutschland gebaut
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    hat wer den Tunnel betreten will braucht
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    zur Sicherheit ein Sauerstoffgerät und
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    muss telefonisch
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    anmelden H
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    jetzt in den her Tunnel von her West aus
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    in die Richtung her
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    Nord hinter der Tür verbirgt sich das
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    Herzstück der Teilchenphysik des dii der
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    her Tunnel Hera ist die Abkürzung von
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    hardron Elektron
  • 00:03:22
    [Musik]
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    ringanlage so lang dass man hier Fahrrad
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    fahren muss um von einem zum hinzukommen
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    man sieht dass das eigentlich gar kein
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    Ring ist sondern hier wo wir jetzt
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    fahren ist das eben eine gerade Strecke
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    und auf diesen geraden Strecken werden
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    dann die Elektronen und die Protonen
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    beschleunigt wir kommen jetzt langsam in
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    die Kurve und in dieser Kurve werden die
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    Strahlen nicht weiter beschleunigt
  • 00:03:45
    sondern sie werden nur noch abgelenkt
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    hier unten laufen nun die Elektronen im
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    Hera Speicherring entlang und hier oben
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    laufen die Protonen lang und wenn wir
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    jetzt noch viel viel weiter fahren
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    würden würden wir dann irgendwann aus
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    der Kurve heraus kommen und würden eben
  • 00:04:01
    sehen wie sich dieses elektronrohr mit
  • 00:04:03
    dem protonrohr vereinigt ja weil dann im
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    nächsten Detektor die Elektronen auf die
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    Protonen geschossen
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    wurden dabei zerplatzen die Protonen und
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    neue Elementarteilchen
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    entstehen was die Physik mit ihren
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    Teilchenkollisionen bezweckt ist die
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    Rekonstruktion des Beginns von Raum und
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    Zeit die Rekonstruktion des Urknalls
  • 00:04:30
    unser Universum entstand mit einem
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    großen
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    Knall vor etwa 13,8 Milliarden Jahren
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    der Teilchenphysik ist es noch nicht
  • 00:04:41
    gelungen den eigentlichen Moment des
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    Urknalls zu erforschen doch sie kann bis
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    auf eine Millionstel einer milliardstel
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    Sekunde nach dem Urknall
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    [Musik]
  • 00:04:55
    zurückblicken schon die alten Griechen
  • 00:04:57
    diskutierten vor etwa 2 Jahren ob es
  • 00:05:00
    unteilbare Teilchen geben könnte unter
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    anderem der griechische Philosoph
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    Demokrit nannte sie Atome vom
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    altgriechischen Atomos
  • 00:05:11
    unteilbar diese Diskussionen dauerten
  • 00:05:13
    bis 1911 an dann konnte erstmals
  • 00:05:17
    experimentell nachgewiesen werden dass
  • 00:05:19
    Atome sehr wohl teilbar sind sie sind
  • 00:05:22
    zusammengesetzt aus Elektronen Neutronen
  • 00:05:25
    und Protonen in den 1930er Jahren
  • 00:05:29
    tauchte dann erstmals der Begriff
  • 00:05:31
    Elementarteilchen auf in der zweiten
  • 00:05:34
    Hälfte des 20 Jahrhunderts konnten unter
  • 00:05:36
    anderem Teams aus den USA und vom Desi
  • 00:05:39
    in Hamburg schließlich nachweisen dass
  • 00:05:42
    auch Protonen und Neutronen teilbar sind
  • 00:05:45
    und aus Quarks und Gluonen bestehen im
  • 00:05:48
    Standardmodell der Teilchenphysik sind
  • 00:05:50
    vier Gruppen von bislang bekannten
  • 00:05:52
    Elementarteilchen aufgeführt da wäre die
  • 00:05:55
    Gruppe der Quarks mit insgesamt sechs
  • 00:05:57
    Teilchen dann gibt es die Gr Gruppe der
  • 00:05:59
    Leptonen darin ebenfalls sechs
  • 00:06:02
    Elementarteilchen z.B Elektronen oder
  • 00:06:05
    Myonen in der Gruppe der eichbosonen den
  • 00:06:09
    kraftteilchen finden sich bislang vier
  • 00:06:11
    Sorten dazu zählen die Gluonen und die
  • 00:06:15
    Photonen schließlich gibt es noch die
  • 00:06:18
    skalarbosonen aus dieser Gruppe kennt
  • 00:06:20
    die Physik bislang nur ein
  • 00:06:22
    Elementarteilchen das hig Teilchen es
  • 00:06:25
    ist das jüngste Mitglied der
  • 00:06:26
    teilchenfamilie und wurde 2012
  • 00:06:32
    esen
  • 00:06:37
    Berlin im Neuen Museum treffen wir
  • 00:06:39
    Verena Lepper sie ist die Kuratorin für
  • 00:06:42
    ägyptische und orientalische
  • 00:06:47
    Papyri sie nimmt uns mit in die
  • 00:06:50
    papyrussammlung einige der hier
  • 00:06:52
    ausgestellten orientalischen und
  • 00:06:54
    altägyptischen Schriftstücke waren
  • 00:06:56
    ursprünglich zusammengerollt und
  • 00:06:58
    gefaltet z.B diese
  • 00:07:01
    Amulette bislang mussten sie in sehr
  • 00:07:04
    zeitaufwendigen Verfahren per Hand
  • 00:07:06
    geöffnet und entblättert werden die
  • 00:07:08
    Papyri sind sehr fragil und unsere
  • 00:07:12
    papyrusrauratorin überprüft wenn wir ein
  • 00:07:14
    Objekt öffnen lassen möchten ob dies
  • 00:07:17
    möglich ist und die Gefahr z.B besteht
  • 00:07:20
    dass ein solches papyruspäckchen in 1000
  • 00:07:23
    Einzelteile zerfällt das wollen wir
  • 00:07:25
    selbstverständlich
  • 00:07:28
    nicht Depot schlummern etwa 60 000
  • 00:07:31
    Papyri und andere Schriftstücke in
  • 00:07:33
    ausgrabungskisten aus dem Jahr
  • 00:07:35
    1907 damals wurden bei Ausgrabungen auf
  • 00:07:38
    der niilinsel elefantine riesige Mengen
  • 00:07:41
    an Schriftstücken gefunden zusammen mit
  • 00:07:44
    der Restauratorin Sophie Elisabeth
  • 00:07:45
    breternitz sucht Verena Lepper nach
  • 00:07:48
    Papyri deren Inhalt mit Hilfe der
  • 00:07:50
    Teilchenphysik entschlüsselt werden
  • 00:07:52
    könnten ohne sie zu entfalten und zu
  • 00:07:56
    beschädigen mit einem handrät
  • 00:07:59
    mit dem Physiker Hans Eberhard Manke
  • 00:08:01
    entwickelt wurde entdecken sie ein
  • 00:08:04
    papyruspäckchen das mit eisenhaltiger
  • 00:08:06
    Tinte beschrieben sein könnte und
  • 00:08:08
    entscheiden sich das Schriftstück mit
  • 00:08:10
    einer noch viel stärkeren röngenquelle
  • 00:08:12
    zu
  • 00:08:13
    durchleuchten dies ist in Berlin Wannsee
  • 00:08:16
    möglich am helmholzzentrum für
  • 00:08:19
    Materialien und Energie Tobias altart
  • 00:08:22
    ist Spezialist für tomographische
  • 00:08:24
    Untersuchungen verschiedenster
  • 00:08:26
    Materialien beim papyruspäckchen aus dem
  • 00:08:29
    useum greift er dabei auf die
  • 00:08:31
    Grundlagenforschung eines sehr bekannten
  • 00:08:33
    deutschen Physikers zurück
  • 00:08:37
    Ende des 19 Jahrhunderts entdeckt
  • 00:08:39
    Wilhelm Konrad rönken die
  • 00:08:42
    xstrahlung kurz darauf gelingen ihm die
  • 00:08:44
    ersten
  • 00:08:45
    Aufnahmen was die medizinische
  • 00:08:47
    Diagnostik revolutionierte und ihm den
  • 00:08:50
    Physik Nobelpreis
  • 00:08:52
    bescherte erstmals war es möglich ohne
  • 00:08:55
    einen chirurgischen Eingriff den
  • 00:08:57
    Knochenaufbau eines lebew Wesens
  • 00:09:04
    darzustellen das Prinzip des rönkens ist
  • 00:09:06
    relativ einfach Röntgenstrahlen
  • 00:09:09
    entstehen durch die starke
  • 00:09:10
    Beschleunigung von Elektronen also
  • 00:09:14
    [Musik]
  • 00:09:17
    Elementarteilchen je dichter ein Gewebe
  • 00:09:19
    ist desto weniger Strahlung lässt es
  • 00:09:22
    hindurch sehr dichtes Gewebe wie z.B
  • 00:09:25
    Knochen erscheint daher weiß auf dem
  • 00:09:27
    randenbild Flüssigkeit und weiches
  • 00:09:30
    Gewebe wie fett oder Muskeln sind
  • 00:09:32
    weniger dicht sie bilden sich deshalb
  • 00:09:34
    grau
  • 00:09:36
    ab Organe die sehr viel Luft enthalten
  • 00:09:39
    wie die Lunge lassen einen Großteil der
  • 00:09:41
    Strahlen hindurch sie sind im röngenbild
  • 00:09:47
    Schwarz während die röngenstrahlung für
  • 00:09:50
    Lebewesen schädlich sein kann ist sie
  • 00:09:52
    für die Materialforschung schon seit
  • 00:09:54
    langer Zeit ein bewährtes Instrument für
  • 00:09:57
    zerstörungsfreie Untersuchungen
  • 00:09:59
    wschein die bkenstrahlen gehen durch
  • 00:10:02
    dieses Fragment hindurch und treffen
  • 00:10:04
    dann auf das Detektorsystem und mit
  • 00:10:07
    diesem Detektorsystem machen nicht nur
  • 00:10:09
    ein Bild sondern wir werden eine ganze
  • 00:10:11
    Reihe an Bildern aufnehmen das heißt wir
  • 00:10:13
    drehen die Probe
  • 00:10:15
    360° einmal im Kreis herum und nehmen zu
  • 00:10:18
    sehr vielen sehr unterschiedlichen
  • 00:10:20
    winkelschritten jeweils eine Projektion
  • 00:10:22
    auf so dass wir eine 3D Rekonstruktion
  • 00:10:25
    des Volumens errechnen
  • 00:10:27
    können die Aufnahme dauert nur wenige
  • 00:10:30
    Minuten und liefert zahlreiche
  • 00:10:32
    dreidimensionale röngenbilder des
  • 00:10:35
    papyruspäckchens noch ist es allerdings
  • 00:10:37
    nicht möglich das Geschriebene im
  • 00:10:39
    Inneren zu lesen dafür kommen
  • 00:10:41
    Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler
  • 00:10:43
    vom Zuse Institut in Berlin ins
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    [Musik]
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    Spiel der Mathematiker Daniel Baum hat
  • 00:10:51
    mit seinem Team eine Software entwickelt
  • 00:10:53
    die nun das papyruspäckchen virtuell
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    entfalten soll dafür zeichnet er die
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    einzelen lagen im 3dmodell mit der Maus
  • 00:11:01
    nach nun setzt das Computerprogramm die
  • 00:11:04
    vielen röngenaunahmen virtuell zu einer
  • 00:11:06
    glatten Fläche zusammen deutlich
  • 00:11:09
    zeichnet sich die Struktur der
  • 00:11:11
    Pflanzenfasern des Materials ab
  • 00:11:14
    schließlich kommen die Bildinformationen
  • 00:11:16
    aus dem röngentomograph auf den virtuell
  • 00:11:18
    entfalteten Papyrus und auf dem
  • 00:11:21
    Bildschirm erscheinen tatsächlich gut
  • 00:11:23
    erkennbare Schriftzeichen ja das ist
  • 00:11:25
    großartig also man kann wunderbar die
  • 00:11:27
    Fasern erkennen Papyrus Serena Lepper
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    beherrscht 15 orientalische Schriften
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    und Sprachen aus verschiedenen
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    Zeitaltern darunter hieratisch oder
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    koptisch aramäisch und Arabisch wir
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    können zum ersten Mal in der Geschichte
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    der papyrusforschung jetzt einen Papyrus
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    virtuell lesen das heißt ohne dass wir
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    ihn physisch öffnen müssen und das ist
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    wirklich eine Sensation es handelt sich
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    hier um einen koptischen Text man sieht
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    hier den Artikel P für das maskulin P
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    dann ein koptisches Sonderzeichen also
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    kein Griechisch sondern ein koptisches
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    Sonderzeichen P jo e PE Joy und PE joy
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    ist der Herr P joy ist oh Herr oh Herr
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    Jesus Christus das ist die Kurzform für
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    den Herrn Jesus Christus im frühen
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    Christentum und ein wunderbares Beispiel
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    dafür dass es auf elefhantine in diesem
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    Falle etwa vielleicht im vierten
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    Jahrhundert bereits früh Christentum und
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    persönliche fröigkeit in Christentum
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    gegeben hat denn sie erinnern sich es
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    war ein zusammengefaltetes Amulett was
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    jemand vielleicht bei sich getragen
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    haben mag dank Physik und Informatik
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    kann nun die Geschichte des frühen
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    Christentums an einigen Stellen neu
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    geschrieben
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    [Musik]
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    werden
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    Genf an der Schweizer Grenze zu
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    Frankreich ist das weltweit größte
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    Forschungszentrum auf dem Gebiet der
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    Teilchenphysik angesiedelt das CERN die
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    europäische Organisation für
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    Kernforschung knapp 20 000
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    Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler
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    aus der ganzen Welt forschen hier seit
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    beinahe 70 Jahren an den Eigenschaften
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    von
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    Elementarteilchen am CERN treffen wir
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    auch den deutschen Teilchenphysiker
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    Christian schwanenberger wieder
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    regelmäßig ist er in der Schweiz um
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    Experimente zu begleiten hier ist jetzt
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    eine Übersicht über den large haon
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    Collider wir befinden uns hier auf dem
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    cngelände das Herzstück des CERN ist der
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    large Hron Collider der LHC ist der
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    größte Teilchenbeschleuniger der Welt
  • 00:13:31
    der ringförmige Tunnel befindet sich
  • 00:13:33
    fast 100 m unter der
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    Erdoberfläche alles fängt eigentlich mit
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    einer Flasche Wasserstoff an Wasserstoff
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    besteht aus einem Proton und einem
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    Elektron und als erstes wird dieses
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    Elektron abgesaugt und das Proton wird
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    dann in einem geradlinigen Beschleuniger
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    vorbeschleunigt und zwar auf halbe
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    Lichtgeschwindigkeit dann wird es
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    eingespeist in einen ersten
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    vorbeschleuniger in einen zweiten
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    vorbeschleuniger da immer schneller
  • 00:13:59
    gemacht und letztenendes in einen
  • 00:14:02
    dritten vorbeschleuniger bevor sie dann
  • 00:14:04
    letzten Endes tatsächlich in den large
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    haron Collider geleitet werden und dann
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    auf weltrekordenergie beschleunigt
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    werden also auf fast
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    Lichtgeschwindigkeit in der Anlage
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    werden Protonen in zwei entgegengesetzte
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    Richtungen beschleunigt und an vier
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    Stellen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit
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    aufeinander geschossen vier riesige
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    Detektoren vermessen die Kollision
  • 00:14:28
    [Musik]
  • 00:14:31
    einer dieser Detektoren ist der
  • 00:14:33
    sogenannte CMS Detektor und der ist
  • 00:14:36
    gerade gegenüber von dem zngelände auf
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    der anderen Seite des Ringes und da
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    gehen wir jetzt
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    hin CMS steht für compact mon Solenoid
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    der kompakte myonenmagnet ist eines der
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    spannendsten physikalischen Experimente
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    der Gegenwart hier im CMS Kontrollraum
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    erden die Kollisionen des Experiments
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    gesteuert und überwacht auch der CMS
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    Detektor vermisst die Kollisionen von
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    Protonen live zugeschaltet sind weitere
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    physikerinnen und Physiker aus der
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    ganzen Welt auch ein Wissenschaftsteam
  • 00:15:14
    des Desi in
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    Hamburg hallo Hamburg
  • 00:15:20
    hallo etwa 4000 forschende aus 55
  • 00:15:24
    Ländern sind weltweit am CMS Experiment
  • 00:15:27
    beteiligt
  • 00:15:29
    das CMS Experiment hier am LHC ist ein
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    Experiment mit dem die grundlegenden
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    Bausteine der Materie und die
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    fundamentalen Kräfte im Universum
  • 00:15:38
    erforscht werden sollen um zu verstehen
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    wie das Universum entstanden ist es
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    findet am zern statt weil wir hier über
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    den derzeit leistungsstärksten
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    Beschleuniger der Welt
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    verfügen wir sind eine
  • 00:15:49
    Forschungsgemeinschaft die Institute aus
  • 00:15:51
    der ganzen Welt und deren Fachwissen
  • 00:15:53
    zusammenbringt um das Gebiet der
  • 00:15:55
    Teilchenphysik wirklich voranzutreiben
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    2012 gelingt den Forscherinnen und
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    Forschern am zern ihr bislang letzter
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    großer Erfolg der experimentelle
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    Nachweis des lange gesuchten
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    Elementarteilchens Hick boson benannt
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    wurde es nach dem britischen Physiker
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    Peter hegs er hatte zeitgleich mit
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    seinem französischen Kollegen franois
  • 00:16:21
    ang die Eigenschaften des noch
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    unbekannten Teilchens beschrieben dafür
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    erhielten die beiden 2013 den Nobelpreis
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    für
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    Physik heute ist ein besonderer Tag die
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    Kollisionen von Protonen im
  • 00:16:36
    unterirdischen Tunnel wurden gestoppt
  • 00:16:39
    das geschieht um am LHC oder seinen
  • 00:16:42
    Detektoren Wartungsarbeiten
  • 00:16:44
    durchzuführen das können wir vielleicht
  • 00:16:46
    gerade mal
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    zeigen und zwar hier ist so ein
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    grafisches Bild vom CMS Detektor im
  • 00:16:52
    Prinzip würden die Protonen jetzt in der
  • 00:16:54
    Mitte des Detektors kollidieren aber wir
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    haben momentan keine Protonen im large
  • 00:16:59
    und kollider was wir stattdessen
  • 00:17:00
    beobachten sind diese Teilchen hier die
  • 00:17:02
    quasi gradlenig durch den Detektor
  • 00:17:04
    durchfliegen das sind sogenannte
  • 00:17:06
    kosmische Myonen die in der
  • 00:17:07
    Höhenstrahlung entstehen und wenn jetzt
  • 00:17:09
    der Detektor etwas ungeradliniges
  • 00:17:12
    rekonstruieren würde dann wüssten wir
  • 00:17:13
    dass er nicht ordentlich funktioniert
  • 00:17:15
    und dass wir irgendwelche Korrekturen
  • 00:17:16
    anbringen müssten so benutzen wir diese
  • 00:17:18
    kosmischen myen um unsere Detektoren zu
  • 00:17:21
    kalibrieren und dadurch wirklich die
  • 00:17:23
    höchste Präzision aus denen
  • 00:17:25
    herauszuquetschen und dann wirklich die
  • 00:17:27
    präziseste Physik herauszubekommen
  • 00:17:32
    [Musik]
  • 00:17:38
    hey weil heute keine Teilchenkollisionen
  • 00:17:41
    stattfinden können wir in den 100 m
  • 00:17:44
    unter der Erde gelegenen detektorraum
  • 00:17:46
    fahren das ist sonst nicht möglich da
  • 00:17:49
    während des Betriebs für den Menschen
  • 00:17:51
    schädliche Strahlung entstehen
  • 00:17:54
    kann hier ist jetzt der CMS Detektor ja
  • 00:17:58
    das ist der der schwerste Detektor in
  • 00:17:59
    der Hochenergiephysik der ist
  • 00:18:02
    65% schwerer als der
  • 00:18:05
    eifeltorm und was wir jetzt eben sehen
  • 00:18:08
    ist dass die Protonen von hier kommen
  • 00:18:11
    bzw was wir nicht sehen die Protonen
  • 00:18:14
    kommen auch von hinten und die knallen
  • 00:18:16
    dann zusammen in der Mitte dieses
  • 00:18:18
    Detektors und wenn die zusammen knallen
  • 00:18:21
    schießen wir die quasi kaputt und wir
  • 00:18:23
    analysieren dann die
  • 00:18:26
    Bruchstücke bei der Kollision der
  • 00:18:29
    Protonen im Detektor entstehen neue
  • 00:18:31
    Elementarteilchen z.B Bosonen Leptonen
  • 00:18:35
    oder Quarks die im CMS Detektor gemessen
  • 00:18:38
    werden können welche Teilchen sind das
  • 00:18:41
    welche Energie haben sie wo fliegen sie
  • 00:18:44
    hin und mit welcher
  • 00:18:47
    Geschwindigkeit wenn die
  • 00:18:48
    Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler
  • 00:18:50
    all das rekonstruiert haben können sie
  • 00:18:52
    beschreiben was bei der Kollision von
  • 00:18:54
    zwei Protonen eigentlich geschieht
  • 00:19:01
    und das erlaubt mir dann letzten Endes
  • 00:19:02
    diesen Mikrokosmos der Teilchen
  • 00:19:05
    besser zu erforschen und das ist
  • 00:19:07
    eigentlich das faszinierende je mehr man
  • 00:19:09
    über diese kleinsten Dimensionen über
  • 00:19:11
    diesen Mikrokosmos der Teilchen lernt
  • 00:19:13
    desto mehr lernt man auch über die
  • 00:19:14
    größten Dimensionen nämlich die
  • 00:19:16
    Entstehung des Universums weil man wenn
  • 00:19:19
    man die Protonen aufeinander schießt
  • 00:19:21
    eine Situation für ein Bruchteil einer
  • 00:19:23
    Sekunde erzeugt wie sie ganz kurz nach
  • 00:19:25
    dem Urknall geherrscht hat damals sind
  • 00:19:28
    diese Quarks und diese Gluonen frei in
  • 00:19:31
    der Ursuppe herumgeschwommen und das
  • 00:19:34
    kann man quasi simulieren indem man die
  • 00:19:35
    Protonen die ja aus Quarks und Gluonen
  • 00:19:37
    bestehen mit dieser unfassbar hohen
  • 00:19:39
    Geschwindigkeit oder Energie aufeinander
  • 00:19:41
    schießt das ist also eine Zeitreise
  • 00:19:44
    zurück in der Geschichte der
  • 00:19:47
    Entstehungsgeschichte unseres
  • 00:19:49
    Universums bei diesen Kollisionen
  • 00:19:52
    hinterlassen die in alle Richtungen
  • 00:19:53
    davon schießenden Elementarteilchen
  • 00:19:56
    Spuren in den einzelnen Segmenten des
  • 00:19:59
    Detektors und diese Spuren werden in
  • 00:20:02
    riesige digitale Datenmengen
  • 00:20:06
    übersetzt das geschieht in einem
  • 00:20:08
    unterirdischen
  • 00:20:09
    Computerraum hier kommen sämtliche Daten
  • 00:20:12
    aus dem CMS Detektor
  • 00:20:14
    an jetzt muss man sich vorstellen im CMS
  • 00:20:17
    Detektor werden Pakete die aus 100
  • 00:20:21
    Milliarden Proton bestehen aufeinander
  • 00:20:24
    geschossen und das wird nicht nur einmal
  • 00:20:27
    pro Sekunde gemacht sondern das 0
  • 00:20:29
    Millionen Mal pro Sekunde gemacht und
  • 00:20:31
    bei jeder Kollision dieser Pakete
  • 00:20:34
    kollidieren ungefähr so 60 Protonen aus
  • 00:20:38
    dem einen Paket mit den anderen Protonen
  • 00:20:40
    und erzeugen dabei Teilchen weil die
  • 00:20:42
    kaputt geschossen werden hunderte
  • 00:20:44
    tausende von Teilchen und diese ganzen
  • 00:20:46
    Teilchen werden alle in dem Detektor
  • 00:20:48
    aufgenommen das heißt das ist eine
  • 00:20:49
    wahnsinnige Datenflut und hier in diesem
  • 00:20:52
    Raum werden diese Daten diese
  • 00:20:54
    physikalischen Signale im Detektor
  • 00:20:56
    umgewandelt in Zahlen als digitalisiert
  • 00:20:59
    das heißt wir nehmen digitale Bilder
  • 00:21:01
    dieser Kollisionen auf und da diese
  • 00:21:04
    Datenflut so riesig ist muss man auch
  • 00:21:06
    gleich live quasi ausfiltern an welchen
  • 00:21:10
    Daten man interessiert ist und an
  • 00:21:11
    welchen nicht weil man alle nicht
  • 00:21:12
    speichern kann und hier werden also
  • 00:21:14
    schon diese Daten vorselektiert und und
  • 00:21:17
    Daten die ein nicht interessieren werden
  • 00:21:19
    direkt
  • 00:21:22
    verworfen für die Ewigkeit gebaut die
  • 00:21:25
    Pyramiden von Gise am Rande der
  • 00:21:28
    Hauptstadt Ciro das einzige heute noch
  • 00:21:31
    erhaltene Weltwunder der
  • 00:21:34
    Antike wie viele Räume sich insgesamt im
  • 00:21:37
    Innern der drei Pyramiden verbergen ist
  • 00:21:39
    noch immer ein Mysterium drei
  • 00:21:41
    Hauptkammern wurden unter anderem
  • 00:21:43
    bereits entdeckt doch die Forschung ist
  • 00:21:45
    sich sicher es muss noch weitere Räume
  • 00:21:47
    im Innern geben vielleicht finden sich
  • 00:21:50
    dann sogar der Leichnam und die
  • 00:21:51
    Grabbeigaben des Pharaonen
  • 00:21:55
    cheob seit 2015 untersuchen
  • 00:21:58
    Forscherteams aus Japan und Frankreich
  • 00:22:00
    mit Hilfe der Teilchenphysik die drei
  • 00:22:02
    Pyramiden von Gise mit der sogenannten
  • 00:22:06
    millionentomografie rekonstruieren sie
  • 00:22:08
    deren innere Struktur ohne auch nur
  • 00:22:10
    einen Stein der Bauwerke zu
  • 00:22:15
    beschädigen Myonen sind im
  • 00:22:17
    Standardmodell der Teilchenphysik der
  • 00:22:19
    Gruppe der Leptonen
  • 00:22:23
    zugeordnet Myonen entstehen in den
  • 00:22:26
    oberen Atmosphärenschichten wenn
  • 00:22:28
    Teilchen der kosmischen Strahlung mit
  • 00:22:30
    Luftmolekülen kollidieren die annähernd
  • 00:22:33
    mit Lichtgeschwindigkeit fliegenden
  • 00:22:35
    Teilchen durchdringen selbst große
  • 00:22:37
    Mengen
  • 00:22:39
    Gestein rund 10000 Myonen prasseln pro
  • 00:22:43
    Minute auf jeden Quadratmeter der Erde
  • 00:22:45
    in
  • 00:22:47
    [Musik]
  • 00:22:51
    Meereshöhe myonenscanner fangen die
  • 00:22:54
    permanent durch das Bauwerk rasenden
  • 00:22:56
    Myonen ein solche die durch viele
  • 00:22:59
    Steinquader fliegen verlieren viel
  • 00:23:01
    Energie und hinterlassen auf den
  • 00:23:03
    Scannern eine dementsprechend schwache
  • 00:23:05
    Spur durchfliegen die Myonen allerdings
  • 00:23:08
    einen Hohlraum dann verlieren sie
  • 00:23:10
    weniger Energie sie bilden sich dann auf
  • 00:23:12
    den Scannern stärker ab so verraten sie
  • 00:23:15
    die interne Struktur der Pyramiden und
  • 00:23:18
    helfen bislang verborgene Schatzkammern
  • 00:23:20
    und andere Räume zu entdecken ohne einen
  • 00:23:23
    einzigen Stein bewegen zu
  • 00:23:26
    müssen 2017 machen die Forscherteams mit
  • 00:23:29
    der
  • 00:23:30
    myonentomographie eine sensationelle
  • 00:23:32
    Entdeckung sie finden einen 30 m langen
  • 00:23:35
    bislang unbekannten Raum in der
  • 00:23:41
    Cheopspyramide die Technik der
  • 00:23:44
    myonenurmografie hat sich auch bei
  • 00:23:45
    Untersuchungen am kontaminierten
  • 00:23:47
    Atomkraftwerk Fukushima bewehrt in Japan
  • 00:23:51
    lässt sich so aus größer Entfernung die
  • 00:23:54
    Beschaffenheit bzw die Dichtheit der
  • 00:23:56
    Außenhülle des Atomkraftwerks überprüfen
  • 00:23:59
    Menschen müssen sich nicht in die
  • 00:24:01
    unmittelbare radioaktiv hochbelastete
  • 00:24:04
    Zone
  • 00:24:06
    begeben auch in der Vulkanologie kommt
  • 00:24:10
    die myonentomographie zum Einsatz hier
  • 00:24:13
    verrät der Flug der Elementarteilchen
  • 00:24:16
    die unterirdische Struktur von
  • 00:24:19
    Vulkanen daraus lässt sich eine Art
  • 00:24:22
    Frühwarnsystem für mögliche
  • 00:24:24
    vulkanusbrüche
  • 00:24:26
    entwickeln den Flug von
  • 00:24:28
    Elementarteilchen nutzen wir aber nicht
  • 00:24:30
    nur zum Durchleuchten von Materie
  • 00:24:32
    sondern auch zum Transport von
  • 00:24:36
    Informationen die Mobiltelefonie greift
  • 00:24:39
    auf eine Entdeckung aus dem 19
  • 00:24:41
    Jahrhundert zurück sie sendet und
  • 00:24:44
    empfängt elektromagnetische Wellen von
  • 00:24:47
    denen wir dank der Teilchenphysik wissen
  • 00:24:49
    dass sie gleichzeitig auch
  • 00:24:51
    Elementarteilchen sind nämlich
  • 00:24:54
    Photonen Handys funktionieren auf Basis
  • 00:24:57
    der elektrom
  • 00:24:58
    K die im Standardmodell der
  • 00:25:00
    Teilchenphysik beschrieben
  • 00:25:02
    ist die Sensoren von Handys auf Silizium
  • 00:25:06
    Basis beruhen auf dem gleichen Prinzip
  • 00:25:08
    wie beispielsweise die Detektoren am
  • 00:25:14
    CERN Hamburg oberhalb der
  • 00:25:17
    Landungsbrücken hat das Bernhard Noord
  • 00:25:19
    Institut für Tropenmedizin seinen Sitz
  • 00:25:21
    mehr als 400 forschende beschäftigen
  • 00:25:24
    sich hier unter anderem mit bedrohlichen
  • 00:25:27
    Krankheitserregern untersuchen
  • 00:25:28
    beispielsweise den exakten Bauplan von
  • 00:25:30
    Viren mit extrem hellem
  • 00:25:34
    Röntgenlicht Maria Rosental erforscht
  • 00:25:37
    den Aufbau der
  • 00:25:38
    bunaviren das ist eine Gruppe
  • 00:25:40
    gefährlicher Erreger von denen einige
  • 00:25:42
    längst von exotischen Insekten nach
  • 00:25:44
    Mitteleuropa eingeschleppt wurden eine
  • 00:25:47
    Infektion mit bunaviren wie etwa dem
  • 00:25:49
    lassavirus kann im schlimmsten Fall
  • 00:25:51
    tödlich enden Impfstoffe oder wirksame
  • 00:25:54
    Medikamente gibt es bisher nicht deshalb
  • 00:25:56
    soll die molekulare Struktur der
  • 00:25:58
    bunaviren komplett entschlüsselt werden
  • 00:26:01
    wir müssen erstmal die biologische Probe
  • 00:26:03
    generieren die wir untersuchen wollen
  • 00:26:04
    für die Untersuchung mit röngenstrahlung
  • 00:26:07
    beispielsweise brauchen wir
  • 00:26:08
    proteinkristalle weil ein einziges
  • 00:26:09
    Protein dafür nicht ausreicht das heißt
  • 00:26:11
    da muss die Probe bestimmte Bedingungen
  • 00:26:13
    erfüllen damit eine Kristallisierung
  • 00:26:15
    überhaupt möglich ist und hier sind wir
  • 00:26:17
    im Bereich der Zellen die man
  • 00:26:18
    lichtmikroskopisch noch gut sehen kann
  • 00:26:20
    unser Protein allerdings nicht das
  • 00:26:22
    können wir mit Mikroskopie oder mit der
  • 00:26:23
    normalen Lichtmikroskopie nicht
  • 00:26:25
    darstellen dafür brauchen wir dann die
  • 00:26:27
    Teilchenphysik die uns hilft auch
  • 00:26:30
    kleinste atomare Einheiten sichtbar zu
  • 00:26:35
    machen bei etwa 27° werden die
  • 00:26:38
    Zellkulturen zwei Tage lang geschüttelt
  • 00:26:41
    um Ihnen möglichst viel Sauerstoff
  • 00:26:42
    zuzuführen der ist wichtig für die
  • 00:26:45
    Herstellung des
  • 00:26:47
    Proteins unter dem Lichtmikroskop prüft
  • 00:26:50
    Maria Rosental ob die Proben für weitere
  • 00:26:52
    Untersuchungen geeignet sind bildet sich
  • 00:26:55
    in den Zellen ein grünschimmerndes
  • 00:26:57
    Signal hat die Produktion des
  • 00:26:59
    gewünschten proteins in den Zellen
  • 00:27:02
    funktioniert bevor die Probe an einem
  • 00:27:04
    Teilchenbeschleuniger untersucht werden
  • 00:27:06
    kann werden die Proteine nun ihrer Größe
  • 00:27:08
    nach
  • 00:27:13
    sortiert diese Auftrennung der Proteine
  • 00:27:15
    kann man hier jetzt ganz gut sehen in
  • 00:27:17
    blau ist das Signal von Protein zu sehen
  • 00:27:20
    da messen wir Protein und sie sehen ist
  • 00:27:22
    hier ein ziemlich schönes großes Signal
  • 00:27:25
    und in dem piie hier ist jetzt unser
  • 00:27:27
    Zielprotein wir können also sehen und
  • 00:27:29
    uns die Röhrchen raussuchen in denen
  • 00:27:32
    jetzt relativ fein unser Protein
  • 00:27:34
    abgetrennt ist von allen anderen Protein
  • 00:27:36
    wo wir die reine Probe haben und können
  • 00:27:37
    damit
  • 00:27:40
    weiterarbeiten im letzten Arbeitsschritt
  • 00:27:42
    wird das Zielprotein aus dem Kühlraum
  • 00:27:45
    mit unterschiedlichen Chemikalien
  • 00:27:47
    gemischt um proteinkristalle zu züchten
  • 00:27:50
    dies kann Tage bis Wochen
  • 00:27:55
    dauern da man Proteine mit Mikroskopie
  • 00:27:58
    nicht sehen kann brauchen wir die
  • 00:28:00
    rönkgenkristallographie um diese
  • 00:28:02
    Proteine diese Bausteine von den wiren
  • 00:28:04
    wirklich im kleinsten Detail sichtbar zu
  • 00:28:06
    machen und hier sehen wir jetzt die
  • 00:28:08
    proteinkristalle die sich geformt haben
  • 00:28:10
    die unterschiedlich großen Kristalle die
  • 00:28:13
    sind sehr schön die haben ganz gerade
  • 00:28:14
    Kanten was eben ein Zeichen von einer
  • 00:28:16
    hohen Qualität
  • 00:28:18
    ist mit einer Art miniaturlasso angelt
  • 00:28:21
    Sie nun die besten Kristalle heraus und
  • 00:28:24
    sichert sie in einem mit flüssigem
  • 00:28:25
    Stickstoff gefüllten Behälter
  • 00:28:29
    der macht sich dann wie auch Maria
  • 00:28:31
    Rosental auf den Weg in den Westen
  • 00:28:34
    Hamburgs zum Desi dem deutschen
  • 00:28:38
    elektronensynchrotron auf dem deselände
  • 00:28:41
    ist auch der Sitz des Center for
  • 00:28:42
    structural systems biology kurz
  • 00:28:46
    cssb Forschungsteams aus der Biologie
  • 00:28:49
    Chemie Medizin und Physik arbeiten hier
  • 00:28:52
    in der Infektionsbiologie
  • 00:28:57
    zusammen neben dem cssb Gebäude befindet
  • 00:29:00
    sich eine riesige
  • 00:29:02
    Experimentierhalle sie ist direkt mit
  • 00:29:03
    einem Teilchenbeschleuniger verbunden
  • 00:29:06
    mit der dritten Generation der Positron
  • 00:29:08
    Elektron
  • 00:29:10
    tandemringanlage kurz Petra
  • 00:29:13
    3 Petra 3 ist ein Teilchenbeschleuniger
  • 00:29:17
    und eine der hellsten Quellen für
  • 00:29:19
    rönndgenstrahlung weltweit sie
  • 00:29:21
    ermöglicht der Forschung kleinste Proben
  • 00:29:23
    zu untersuchen z.B winzige Kristalle wie
  • 00:29:27
    die des BER ord
  • 00:29:29
    Institut auch das Meinzer Unternehmen
  • 00:29:31
    bayontech hat hier an Petra 3 die
  • 00:29:34
    Funktions bzw Transportfähigkeit von RNA
  • 00:29:38
    Impfstoffen
  • 00:29:41
    untersucht im Teilchenbeschleuniger
  • 00:29:43
    fliegen Pakete aus Elektronen beinah mit
  • 00:29:46
    Lichtgeschwindigkeit durch den 2,3 km
  • 00:29:49
    langen Ring spezielle Magnete zwingen
  • 00:29:52
    sie auf eine schlingerbahn dadurch
  • 00:29:54
    senden die Elektronen hochintensives und
  • 00:29:58
    stark gebündeltes Röntgenlicht aus diese
  • 00:30:01
    röntgenstrahlen sind millionenfach
  • 00:30:03
    heller als die aus herkömmlichen
  • 00:30:05
    Röntgenquellen und bis zu 5000 mal
  • 00:30:07
    feiner als ein menschliches
  • 00:30:10
    [Musik]
  • 00:30:15
    Haar das röngenlicht wird in mehreren
  • 00:30:18
    experimentierhallen an rund 50
  • 00:30:20
    Messstationen geleitet wo die Probe des
  • 00:30:23
    Bernhard Nord Instituts nun weiter
  • 00:30:25
    untersucht wird
  • 00:30:29
    hier trifft Maria Rosental den
  • 00:30:30
    strukturbiologen Christian
  • 00:30:33
    Löf hallo Maria meine Proben gefunden
  • 00:30:36
    deine Proben gefunden und habe sie auch
  • 00:30:38
    schon vorbereitet
  • 00:30:41
    super Christian Löf erforscht wie
  • 00:30:44
    Nährstoffe und Medikamente vom
  • 00:30:46
    menschlichen Körper aufgenommen und in
  • 00:30:49
    ihm transportiert
  • 00:30:55
    werden mit der Kristallographie
  • 00:30:58
    untersucht er die Strukturen der
  • 00:30:59
    Moleküle die für den Transport
  • 00:31:01
    verantwortlich
  • 00:31:04
    sind das Prinzip der
  • 00:31:08
    proteinkristallographie funktioniert
  • 00:31:10
    so um die dreidimensionale Struktur von
  • 00:31:13
    Proteinen atomgenau darstellen zu können
  • 00:31:16
    durchleuchtet stark gebündeltes
  • 00:31:17
    röntkgenlicht nun den gezüchteten
  • 00:31:19
    Kristall während dieser gedreht wird
  • 00:31:22
    durch die regelmäßig angeordneten
  • 00:31:24
    Strukturen im Kristall wird das
  • 00:31:26
    Röntgenlicht abgelenkt und erzeugt ein
  • 00:31:28
    charakteristisches Muster auf einem
  • 00:31:30
    Detektor aus der Position und der
  • 00:31:33
    Intensität der verschiedenen dabei
  • 00:31:35
    entstehenden Lichtflecke lässt sich die
  • 00:31:37
    dreidimensionale Struktur des Proteins
  • 00:31:40
    errechnen dieses Wissen um die Struktur
  • 00:31:43
    kann nun bei der Entwicklung von neuen
  • 00:31:45
    Medikamenten helfen die gezielt und
  • 00:31:47
    Punkt genau dort ansetzen wo
  • 00:31:49
    Krankheitserreger wie z.B die bunavieren
  • 00:31:52
    angreifbar
  • 00:31:53
    sind sehr gut die Messung der Proben aus
  • 00:31:57
    dem ord Institut ist beendet und die im
  • 00:32:00
    Detektor gesammelte Strahlung wurde in
  • 00:32:03
    eine dreidimensionale strukturanimation
  • 00:32:06
    umgerechnet die Methode der
  • 00:32:08
    proteinkristallographie hat die
  • 00:32:09
    Forschungsarbeit von Maria Rosental und
  • 00:32:12
    Christian Löf enorm vorangebracht und
  • 00:32:14
    vor allem
  • 00:32:17
    beschleunigt es ist möglich dass man
  • 00:32:20
    Medikament entwickelt indem man einfach
  • 00:32:22
    nur schaut ob viruswachstum hemmt auf
  • 00:32:24
    Zellen aber es ist ein sehr
  • 00:32:25
    zeitinensiver Prozess und man versteht
  • 00:32:28
    dann meistens nicht wirklich warum
  • 00:32:29
    dieses Medikament wirkt wie es wirkt in
  • 00:32:31
    unserem Fall mit Hilfe der
  • 00:32:33
    Elementarteilchen können wir eben
  • 00:32:35
    herausfinden wie genau ein Medikament
  • 00:32:37
    funktioniert oder ein Medikament so
  • 00:32:38
    entwerfen dass wir bestimmte Funktionen
  • 00:32:42
    stoppen das Entwickeln eines solchen
  • 00:32:45
    Medikaments zählt zu den Aufgaben von
  • 00:32:47
    Christian Löf dabei hilft ihm die
  • 00:32:49
    atomgenaue Darstellung von Proteinen
  • 00:32:52
    enorm denn Transportproteine bringen
  • 00:32:55
    Medikamente gezielt an die Stellen des
  • 00:32:57
    Körpers wo der Wirkstoff eines
  • 00:32:59
    Medikaments ansetzen soll die Methoden
  • 00:33:01
    die es hier Campus gibt oder speziell
  • 00:33:04
    Petra 3 hat uns natürlich erstmal
  • 00:33:06
    ermöglicht diese Systeme die wir
  • 00:33:09
    untersuchen die Transportsysteme
  • 00:33:10
    überhaupt untersuchen zu können also wir
  • 00:33:12
    arbeiten mit sehr sehr kleinen
  • 00:33:13
    Kristallen und nur durch den starken
  • 00:33:15
    rönenstrahl ist es tatsächlich möglich
  • 00:33:17
    die Strukturen dieser Systeme zu
  • 00:33:19
    bestimmen die Entwicklung dieser
  • 00:33:20
    Methoden ist ein absoluter meenstein für
  • 00:33:23
    die Strukturbiologie gewesen und auch
  • 00:33:25
    immer noch und ist Abs essentiell um
  • 00:33:28
    langfristig kleine Moleküle gegen
  • 00:33:30
    entsprechende Proteine entwickeln zu
  • 00:33:33
    können die Messgenauigkeit der
  • 00:33:35
    Kristallographie hilft den Forschenden
  • 00:33:37
    mit der rasanten Ausbreitung bislang
  • 00:33:39
    unerforschter Viren Schritt zu
  • 00:33:44
    [Musik]
  • 00:33:46
    halten nur wenige hundert Meter auf dem
  • 00:33:49
    desigelände entfernt treffen wir erneut
  • 00:33:52
    den Teilchenphysiker Christian
  • 00:33:53
    schwanenbergerusammen
  • 00:33:56
    [Musik]
  • 00:33:57
    Team arbeitet er an der Analyse der
  • 00:34:00
    Daten aus den Teilchenkollisionen am
  • 00:34:02
    CERN in
  • 00:34:04
    Genf dort finden wieder Proton Proton
  • 00:34:07
    Kollisionen statt hallo Andy grüß Dich
  • 00:34:11
    über einen Monitor sind die Hamburger
  • 00:34:13
    mit dem Kontrollraum des CMS Experiments
  • 00:34:16
    verbunden schwanenbergers Team in
  • 00:34:18
    Deutschland überprüft nun durchgängig ob
  • 00:34:20
    die Qualität der kollisionsdaten aus der
  • 00:34:23
    Schweiz in Ordnung ist wir sehen jetzt
  • 00:34:25
    hier Livebilder von der der datennahme
  • 00:34:28
    am CMS Experiment und in der Mitte des
  • 00:34:31
    Detektors da sind die Protonen
  • 00:34:32
    aufeinander geknallt und jetzt sieht man
  • 00:34:35
    eben dass diese ganzen Teilchen die bei
  • 00:34:37
    dieser Kollision als Bruchstücke
  • 00:34:38
    entstanden sind ganz viele Spuren im
  • 00:34:41
    Detektor hinterlassen ähnlich wie ein
  • 00:34:43
    Flugzeug eine kondensspur im Himmel
  • 00:34:45
    hinterlässt diese Spuren wurden im
  • 00:34:47
    Detektor nachgewiesen das sind diese
  • 00:34:49
    grünen Linien hier und zusätzlich werden
  • 00:34:52
    auch die Energien dieser Teilchen
  • 00:34:54
    gemessen was diese roten und blauen
  • 00:34:56
    Punkte darstellen
  • 00:34:58
    bei den präzisionsanalysen am Desi
  • 00:35:01
    werden Daten der Elementarteilchen die
  • 00:35:03
    bereits bekannt sind von jenen Daten
  • 00:35:05
    getrennt die auf eventuell neue Teilchen
  • 00:35:08
    hindeuten könnten aber nicht nur also
  • 00:35:11
    man macht immer beides man macht
  • 00:35:13
    Präzisionsmessungen von Teilchen die man
  • 00:35:14
    kennt und wenn man da Abweichung sieht
  • 00:35:17
    könnte man auch neue Dinge entdecken man
  • 00:35:19
    sucht aber auch direkt nach neuen
  • 00:35:22
    Teilchen die eben Dinge erklären können
  • 00:35:24
    wie z.B dass wir im Universum
  • 00:35:28
    85% der Materie dunkle Materie ist nur
  • 00:35:31
    15% die Materie die wir kennen also aus
  • 00:35:34
    Atomen und Molekülen bestehend die dann
  • 00:35:37
    sozusagen das Standardmodell der
  • 00:35:39
    teilenphysik eben erklären ja und das
  • 00:35:41
    ist hier in diesem Glas ein bisschen
  • 00:35:44
    symbolisiert also schwarz eine schwarze
  • 00:35:47
    Bohne habe ich reingetan für dunkle
  • 00:35:48
    Materie und eine weiße Bohne für Materie
  • 00:35:51
    die wir kennen und all das was schwarz
  • 00:35:54
    ist das verstehen wir nicht ja und das
  • 00:35:57
    ist dunkle Materie und danach suchen wir
  • 00:35:59
    eins der größten Rätsel in der
  • 00:36:02
    Wissenschaft doch was genau könnte
  • 00:36:05
    dunkle Materie sein wonach
  • 00:36:07
    Teilchenphysiker wie Christian
  • 00:36:08
    schwanenberger suchen in zahlreichen
  • 00:36:11
    Experimenten konnten physikerinnen und
  • 00:36:13
    Physiker bereits nachweisen dass dunkle
  • 00:36:16
    Materie existiert und dass sie 85% der
  • 00:36:20
    gesamten Materie des Universums ausmacht
  • 00:36:23
    doch woraus dunkle Materie besteht davon
  • 00:36:27
    hab sie keine
  • 00:36:30
    Ahnung die Suche nach der dunklen
  • 00:36:33
    Materie ist eine Suche nach dem was
  • 00:36:35
    unsere Welt im äußersten zusammenhält
  • 00:36:37
    denn ohne sie würde beispielsweise
  • 00:36:39
    unsere Galaxie die Milchstraße
  • 00:36:42
    auseinander
  • 00:36:44
    fliegen Planeten kreisen um ihre Sonne
  • 00:36:47
    die gravitationsmasse ihres zentralen
  • 00:36:50
    Sterns hält sie in ihren Laufbahnen
  • 00:36:52
    Sonnen wiederum kreisen um das Zentrum
  • 00:36:55
    von Galaxien eigentlich müsste sich ein
  • 00:36:58
    Himmelskörper umso langsamer bewegen je
  • 00:37:00
    weiter er vom jeweiligen
  • 00:37:02
    Gravitationszentrum entfernt
  • 00:37:04
    ist doch messungen haben ergeben dass
  • 00:37:07
    sich die äußeren Sterne unserer
  • 00:37:09
    Milchstraße viel schneller bewegen als
  • 00:37:11
    ursprünglich erwartet und
  • 00:37:13
    errechnet die Astrophysik hat dafür
  • 00:37:16
    einen
  • 00:37:17
    Erklärungsversuch unsere Galaxie besteht
  • 00:37:19
    aus viel mehr Materie als den für uns
  • 00:37:22
    sichtbaren Himmelskörpern und diese
  • 00:37:24
    nicht sichtbare also dunkle Materie übt
  • 00:37:27
    ebenfalls eine Anziehungskraft auf die
  • 00:37:30
    Himmelskörper aus sodass diese sich
  • 00:37:32
    schneller bewegen können ohne aus der
  • 00:37:34
    Bahn zu
  • 00:37:36
    geraten forschende suchen mit
  • 00:37:39
    unterschiedlichen Experimenten nach den
  • 00:37:41
    noch unbekannten Teilchen der Dunklen
  • 00:37:43
    Materie nicht nur mit Detektoren und
  • 00:37:46
    Teilchenbeschleunigern unter der Erde
  • 00:37:48
    sondern auch mit Teleskopen im
  • 00:37:52
    Weltall mit dem James Web Teleskop ist
  • 00:37:55
    die Wissenschaft auf der Suche nach den
  • 00:37:57
    ersten leuchtenden Objekten und Galaxien
  • 00:37:59
    die nach dem Urknall entstanden sind das
  • 00:38:02
    Teleskop reagiert um ein Vielfaches
  • 00:38:04
    empfindlicher auf elektromagnetische
  • 00:38:06
    Strahlung als alle
  • 00:38:08
    vorgängerteleskope und kann deshalb
  • 00:38:10
    einen viel genaueren Blick in die
  • 00:38:11
    tiefsten Weiten des Universums werfen
  • 00:38:14
    und dann gibt es bei der Suche nach
  • 00:38:16
    dunkler Materie noch ein Experiment bei
  • 00:38:19
    dem Licht quasi durch die Wand gehen
  • 00:38:21
    soll
  • 00:38:25
    [Musik]
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    Lindner leitet das Alps Experiment das
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    in einem etwa 300 m langen Geraden
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    Abschnitt des heratunnels beim Desi in
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    Hamburg aufgebaut ist Alps steht für any
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    light particle search Axel Lindner ist
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    Teilchenphysiker am Desi und entwirft
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    Konzepte für neuartige
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    teilchenphysikexerimente mit einem Team
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    von mehr als 200 Spezialistinnen und
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    Spezialisten wurde am des in Jahren die
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    komplette Technik für Alps entwickelt
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    und
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    gebaut es ist das erste Experiment
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    weltweit mit dem sehr leichte Teilchen
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    der Dunklen Materie im Labor erzeugt und
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    nachgewiesen werden könnten dafür müsste
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    Licht durch eine lichtdichte Wand
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    gelangen was physikalisch eigentlich
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    unmöglich
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    ist na ja wir wollen ja ganz was Neues
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    finden nämlich die dunkle mat Universum
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    und wir machen das indem wir Dinge aus
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    Proben die eigentlich nicht gehen
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    sollten uns ist das so wir nehmen Licht
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    eine Taschenlampe und scheinen die auf
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    eine Wand und da kommt normalerweise
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    nichts durch wir machen das mit viel
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    aufwendigeren Mitteln und wenn dann doch
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    ein bisschen Licht durch die Wand
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    durchkäme dann können wir das nur
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    erklären indem es eine neue Form von
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    Materie gibt nämlich die Dunkle Materie
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    im Universum undter suchen wir
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    eigentlich nach Dingen die nicht möglich
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    sind und wenn sie dann doch möglich sind
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    haben was ganz Neues gefunden beim
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    wird das Licht eines Lasers in ein Art
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    spiegelkammer um den Faktor 10000
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    verstärkt das Licht durchläuft zunächst
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    ein starkes Magnetfeld laut Theorie
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    könnte sich dabei ein Photon also ein
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    Lichtteilchen in ein Axion umwandeln so
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    soll das neue Elementarteilchen einmal
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    heißen wenn es denn nachgewiesen werden
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    kann das Laserlicht wird von der Wand
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    aufgehalten aber das axtion würde
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    einfach durch die Wand hindurchgehen
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    denn dunkle Materie lässt sich durch
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    nichts stoppen im Magnetfeld auf der
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    anderen Seite soll sich das ation wieder
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    in ein Photon also in Licht
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    zurückverwandeln ein Detektor misst das
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    Lichtteilchen das scheinbar durch die
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    Wand gekommen ist Umwandlungen sollte es
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    sie überhaupt geben werden extrem selten
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    sein deshalb muss der Detektor in der
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    Lage sein einige wenige Photonen pro Tag
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    zu erkennen sollte das gelingen wäre ein
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    neues dunkle Materieteilchen gefunden es
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    wäre eine sensationelle Entdeckung mit
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    unserem albsexperiment bin ich mir sehr
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    sicher dass wir Erfolg haben werden denn
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    erfolg ist für mich das Erreichen der
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    technologischen Ziele ob wir dann dunkle
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    Materie finden das entscheidet die
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    Natur wie lange es dauern wird bis das
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    Rätsel der Dunklen Materie gelöst ist
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    weiß niemand
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    [Musik]
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    doch die Vielzahl an Experimenten
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    weltweit mit der die Teilchenphysik
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    unermütlich daran arbeitet lässt neue
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    Entdeckungen immer wahrscheinlicher
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    werden und wir profitieren ganz
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    konkret wenn wir bisschen zurückgucken
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    was unsere Welt wirklich zusammenhält
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    Elektrizität elektromagnetische Wellen
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    das internetön
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    Strahlen all das kam aus völlig
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    abgehobener Grundlagenforschung indem
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    Menschen über völlig neue Dinge
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    nachgedacht haben als zeichenphysiker
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    ist es schon manchmal schwierig den
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    Leuten zu erklären was man da eigentlich
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    macht ja man kann die Teilchen nicht
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    hören man kann sie nicht sehen man kann
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    sie nicht schmecken oder oder oder
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    riechen und dennoch denke ich ist es
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    wichtig diese Forschung mit diesen
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    Elementarteilchen zu machen denn nur so
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    verstehen wir eigentlich letzten Endes
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    woher wir kommen we die Physik ist
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    einfach nur angewandte Philosophie oder
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    praktische Philosophie wir können die
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    Welt erklären wir haben einen Ansatz
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    dazu das klappt hervorragend schon wir
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    machen präzisionskosmologie wir machen
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    präzisionsteilchenphysik es fehlt noch
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    die Dunkle Materie und dann haben wir
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    ein wirklich rundes Bild wie wir
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    eigentlich in die Welt gekommen sind und
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    das ist ja auch die Grundfrage der
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    Philosophie das faszinierende an der
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    Teilchenphysik ist eigentlich dass man
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    es dann doch schafft diese komplexe
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    Materie alles das was uns hier umgibt
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    alles das was wir hier haben dass das
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    durch Elementarteilchen beschrieben
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    werden kann wobei man schon fast denken
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    möchte da muss doch jemand so schlau
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    gewesen sein und sich das überlegt haben
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    ja dass wir also unsere unsere Welt die
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    Welt der Elementarteilchen wirklich
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    durch relativ simple Formeln so gut
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    beschreiben können und da denkt man
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    schon dass da vielleicht irgendwie ein
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    Plan dahinter steckt
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    [Musik]
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