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Gluon

Gluon

Die Gluonen sind die Austauschteilchen der starken Wechselwirkung. Es gibt 8 verschiedene Gluonen, die zwischen Quarks, den Bausteinen der Hadronen (Baryonen, z.B. Protonen und Neutronen, und Mesonen), ausgetauscht werden. Gluonen sind elektrisch neutral und werden als masselos angenommen. Die von den Gluonen vermittelte Anziehung zwischen den Quarks, und daraus folgend zwischen Protonen und Neutronen, ist für die Stabilität der Atomkerne verantwortlich. (Zusammenhalt der Protonen und Neutronen im Atomkern; gerade die Protonen würden sich ansonsten aufgrund ihrer gleichen elektrischen Ladung abstoßen). Das Symbol für das Gluon ist ein g. Die Quantenchromodynamik (QCD) ist die heute akzeptierte Theorie zur Beschreibung der starken Wechselwirkung. In ihr vermitteln Gluonen Kräfte zwischen Teilchen, die eine Farbladung tragen. Wenn zwischen zwei Quarks ein Gluon ausgetauscht wird, ändert sich die Farbladung der beteiligten Quarks. Das Gluon trägt dazu jeweils eine Antifarbladung zur Kompensation der ursprünglichen Farbladung des Quarks sowie die neue Farbladung des Quarks. Da das Gluon selbst auch eine Farbladung trägt, kann es mit anderen Gluonen wechselwirken. Diese so genannte 'Selbstwechselwirkung', d.h. die Wechselwirkung der die Wechselwirkung vermittelnden Teilchen miteinander, macht die mathematische Analyse der starken Wechselwirkung sehr kompliziert. Erste experimentelle Hinweise auf die Existenz der Gluonen gewann man Anfang der 1980er, als man am DESY mit PETRA in Hamburg Ereignisse mit einer klaren Drei-Jet-Struktur fand. Den dritten Jet führte man auf die Abstrahlung eines Gluons durch eines der produzierten Quarks zurück. Kategorie:Elementarteilchen Kategorie:Kernphysik ja:グルーオン

Austauschteilchen

Eichbosonen sind Bestandteil von Quantenfeldtheorien und vermitteln eine Wechselwirkung zwischen Elementarteilchen. Eichbosonen sind Bosonen. Bosonen sind Teilchen mit ganzzahligem Spin und genügen der Bose-Einstein-Statistik, im Gegensatz dazu haben Fermionen halbzahligen Spin und genügen der Fermi-Dirac-Statistik. Der Name Eichboson verweist darauf, dass die Quantenfeldtheorien so genannte Eichtheorien sind. Durch den Austausch von Eichbosonen verändern sich Eigenschaften der Teilchen: Wenn zwei elektrisch geladene Teilchen ein Photon austauschen, verändert sich der Phasenwinkel in ihren Wellenfunktionen, die durch die Schrödinger-Gleichung, bzw. durch die Dirac-Gleichung beschrieben werden. Der Austausch von W-Bosonen bei der schwachen Wechselwirkung verändert die elektrischen Ladungen und den schwachen Isospin, während der Austausch von Gluonen zwischen den Quarks die Farbladung verändert.

Siehe auch:

- Grundkräfte der Physik Kategorie:Elementarteilchen

Quark (Physik)

Quarks sind die elementaren Bestandteile (Elementarteilchen), aus denen Hadronen aufgebaut sind. Zusammen mit den Leptonen gelten sie heute als die fundamentalen Bausteine, aus denen alle Materie aufgebaut ist. 1964 postulierte der Caltech-Physiker Murray Gell-Mann zusammen mit seinem Kollegen Georg Zweig die Existenz der Quarks, deren Bezeichnung er auch prägte. Den Namen Quark entnahm er dem (Nonsens-)Satz "three quarks for Muster Mark" in James Joyces "Finnegans Wake" (Joyce wiederum scheint den "Quark" aus Goethes Faust zu haben: "In jeden Quark begräbt er seine Nase"). Gell-Manns Kollege Richard Feynman wollte die Teilchen partons (Partonen) - wie in Dolly Parton - nennen, wurde jedoch überstimmt. Gell-Mann erhielt 1969 den Nobelpreis für Physik. Quarks tragen einen Spin von 1/2 und sind damit Fermionen.

Quark Flavors

Die folgenden sechs verschiedenen Quark-Arten bezeichnet man auch als Quark-Flavors (Geschmacksrichtung, engl. flavor). Die Zuordnung der Massen ist nicht eindeutig. Man unterscheidet in diesem Zusammenhang Konstituentenquarks und Stromquarks. Die hier angegebenen Massen sind die der Stromquarks. Anmerkung: in der Teilchenphysik wird oft in natürlichen Einheiten gerechnet, wobei Massen in der Einheit der Energie eV angegeben werden.

Eigenschaften

Zu allen Quarks existiert ein entsprechendes Antiteilchen, Antiquark genannt, mit entgegengesetzter elektrischer Ladung. Nur die Quarks der ersten Generation bilden Nukleonen und somit die "normale" Materie. Nukleonen Die Elektrische Ladung der Quarks ist –1/3 oder +2/3 der Elementarladung. Die Theorie der Quantenchromodynamik (QCD) postuliert, dass Quarks nicht isoliert auftreten können, sondern sich immer derart vereinen, dass nach aussen nur ganzzahlige elektrische Ladungen sichtbar sind. Der Grund hierfür ist laut QCD die nur bei den Quarks (bzw. Antiquarks und Gluonen) zusätzlich wirkende Farbladung, die mit 'rot', 'grün', 'blau', (bzw. 'antirot', 'antigrün' und 'antiblau' für Antiquarks) bezeichnet wird. Diese hat aber mit den normalen Farben nichts zu tun. Die Farbladung bewirkt, dass einzelne "farbige" Quarks niemals auftreten können. Stattdessen müssen sie sich zu zusammengesetzten "farblosen" Teilchen gruppieren, entweder zu drei Quarks (Baryonen), drei Antiquarks (Antibaryonen) oder Quark-Antiquark Paare (Mesonen). Als Ursache der Farbladung gelten die Gluonen, die Austauschteilchen (Bosonen) der starken Wechselwirkung (vgl. auch Confinement). Obwohl anhand von Streuexperimenten eine drittelzahlige Ladungsverteilung in Nukleonen indirekt gemessen wurde, konnte man trotz intensiver Suche bis heute noch nie drittelzahlige Elementarladungen direkt beobachten (zur Bestimmung der Elementarladung siehe auch Millikan-Versuch). In jüngerer Zeit (2003) haben sich experimentelle Hinweise für ein Teilchen verdichtet, welches einen gebundenen Zustand aus fünf Quarks darstellen könnte (vier Quarks und ein Anti-Quark, Pentaquark). Auch solche Teilchen haben ganzzahlige Ladungen, sie können (nach ihrer so genannten Baryonenzahl) als Baryonen aufgefasst werden, oder als Verbindung von einem Baryon mit einem Meson. Im Rahmen einer "Thermodynamik der QCD" wird für Quarks ein Zustand vorausgesagt, in welchen sich die Quarks wie quasi-freie Teilchen verhalten, das Quark-Gluon-Plasma. Der zugehörige Phasenübergang wird bei einer Temperatur erwartet, die einer Energie von 200 MeV und der ein- bis dreifachen Dichte von Atomkernen entspricht. Eine direkte Beobachtung des Quark-Gluon-Plasmas ist bisher nicht möglich; Experimente am CERN und BNL liefern jedoch Indizien für dessen Existenz. Quarks unterliegen, im Unterschied zu den Leptonen, allen Grundkräften der Physik:
- Starke Wechselwirkung
- Schwache Wechselwirkung
- Elektromagnetische Wechselwirkung
- Gravitation

Weblinks

- [http://pdg.lbl.gov/ "Particle Data Group"] - Aktuelle Massen aller Quarks
- [http://particleadventure.org/particleadventure/ "The Particle Adventure"] - Gute Einführung in die Welt der Quarks
- Real Video: [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&g2=1&f=040818.rm Was sind Quarks?] (Aus der Fernsehsendung Alpha Centauri)
- [http://www.jlab.org/div_dept/dir_off/public_affairs/news_releases/2005/gzero.html Spontanie Entstehung von Strange-Quark-Paaren in Protonen] (englisch) Kategorie:Elementarteilchen Kategorie:Kernphysik ja:クォーク ko:쿼크 simple:Quark

Baryon

Baryonen (von gr. βαρύς, barys „schwer“) sind Elementarteilchen, die aus jeweils drei Quarks bestehen (bzw. Antibaryonen aus jeweils drei Antiquarks). Zur Klasse der Baryonen gehören unter anderem das Proton und das Neutron (Sammelbegriff: Nukleonen) und eine Reihe weiterer, schwererer Teilchen (so genannte Hyperonen). Der Name ist dabei abgeleitet von dem griechischen Wort barys (schwer), in Analogie zu den "leichten" Leptonen und den "mittleren" Mesonen. Baryonen sind stark wechelwirkende Fermionen, das heißt sie werden beschrieben durch die Fermi-Dirac-Statistik, wodurch sie dem Pauli'schen Auschließungsprinzip gehorchen, und sie unterliegen vermittels der Quarks, aus denen sie bestehen, der starken Wechselwirkung. Darüber hinaus unterliegen Baryonen der schwachen Wechselwirkung, der Gravitation und, sofern sie geladen sind, auch der elektromagnetischen Kraft. Eine verwandte Klasse von Elementarteilchen, die Mesonen, sind jeweils aus einem Quark und einem Antiquark zusammengesetzt. Im Unterschied zu den Baryonen sind Mesonen Bosonen. Baryonen bilden zusammen mit den Mesonen die Familie der Hadronen, der stark wechselwirkenden Elementarteilchen. Das einzige Baryon, das als freies Teilchen stabil ist, ist das Proton. Das Neutron zerfällt, wenn es nicht im Atomkern mit anderen Protonen und Neutronen gebunden ist.

Baryon-Multipletts

Im Jahr 1964 gelang es Gell-Mann und Ne'eman, die bekannten Baryonen aufgrund gruppentheoretischer Überlegungen in ein Schema (den Achtfachen Weg, engl.: Eightfold way) einzuordnen. Aus heutiger Sicht stellt sich ihr Gedankengang wie folgt dar: Die Baryonen sind aus jeweils drei fundamentalen Teilchen aufgebaut, die Gell-Mann Quarks nannte (nach einem Kunstwort von James Joyce). Es gibt up-, down- und strange-Quarks (u-, d- und s-Quarks). Das up- und das down-Quark werden aufgrund ihrer ähnlichen Massen zu einem Isospindublett zusammengefasst. Das strange-Quark unterscheidet sich von u- und d-Quark vorrangig durch seine größere Masse und eine Eigenschaft, die Strangeness genannt wird. Alle Quarks sind Fermionen mit Spin 1/2. Die Ladung des u-Quarks ist das 2/3-fache der Elementarladung, die Ladung von d- und s-Quark das (-1/3)-fache der Elementarladung. Die Idee ist jetzt, das jede Möglichkeit, die Quarks zusammen zu setzen, einem Baryon entspricht. Die Eigenschaften der Quarks bestimmen dabei die Eigenschaften des Baryons. Zunächst lassen sich die drei Spins der Quarks zu einem Gesamtspin von 1/2 oder einem Gesamtspin von 3/2 koppeln. Im ersten Fall gibt es begrenzt durch das Pauli-Prinzip acht Möglichkeiten, im zweiten Fall sind es zehn. Die acht Baryonen mit Spin 1/2 bilden das Baryonoktett, die zehn Baryonen mit Spin 3/2 das Baryondekuplett. Da davon ausgegangen wird, das die Quarks im Grundzustand keinen relativen Gesamt-Bahndrehimpuls haben, ist die Parität aller Baryonen positiv. Parität Parität Beginnen wir mit dem Baryonoktett. Zunächst können wir u- und d-Quarks zusammenschließen zu den Kombinationen uud und udd. Die Kombinationen uuu und ddd sind durch das Pauliprinzip verboten. Tatsächlich gibt es in der Natur zwei nicht-strange Spin-1/2-Baryonen, das Proton und das Neutron. Die Kombination uud hat eine Gesamtladung von 1, daher ordnen wir sie dem Proton zu, entsprechend ist das Neutron das udd-Teilchen. Die Isospins der drei Quarks koppeln zu 1/2, daher bilden Proton und Neutron ein Isospindublett. (Anschaulich: Da beide Kombination ud enthalten, vererbt sich der Isospin direkt aus dem überzähligen dritten Quark). Für die strangen Baryonen stehen die Kombinationen uus, uds und dds zur Verfügung. Die Isospins der beiden nicht-strangen Quarks koppeln dabei zu einem Triplett (die Sigma-Teilchen) und einem Singulett, dem Lambda. Ähnlich lässt sich auch das Dekuplett erklären, wobei hier auch symmetrische Quark-Kombinationen erlaubt sind, zum Beispiel das

Delta^

mit uuu. Das Pauli-Prinzip verlangt hier allerdings die Einführung eines weiteren Freiheitsgrades, der sog. Farbe. Die Baryonen lassen sich nach dem oben Gesagten in ein Schema einordnen, in dem die x-Achse durch die dritte Komponente des Isospins und die y-Achse durch die Strangeness gegeben ist. Ferner kann man diagonal dazu die Achsen Ladung und Hyperladung legen. Aus der Lage der Achsen lässt sich die experimentell bestätigte Gell-Mann-Nishijima-Relation ablesen. Da sich die verschiedenen Zeilen der Multipletts durch die Anzahl der strange-Quarks unterscheiden, liefert der Massenunterschied zwischen dem strange- und den nicht-strangen Quarks ein Maß für die Massenaufspaltung der einzelnen Isospinmultipletts. Ferner existiert eine grundlegende Aufspaltung zwischen den Massen in Oktett und Dekuplett, die sich aus dem fermionischen Charakter der Quarks ergibt. Die geringe Massenaufspaltung innerhalb der Isospinmultipletts (z. B. Proton-Neutron-Aufspaltung ca. 1,3 MeV) lassen sich teilweise über die unterschiedliche Ladung der beteiligten Quarks erklären. Das Omega-Teilchen (Quark-Inhalt: sss) war noch nicht bekannt, als der Achtfache Weg postuliert wurde. Seine Eigenschaften konnten jedoch aus dem Modell vorhergesagt werden. Die Entdeckung dieses Teilchens bei der vorhergesagten Masse ist einer der frühen Erfolge des Quark-Modells. Zu den hier beschriebenen Grundzuständen der Baryonen gibt es noch eine riesige Zahl an Anregungszuständen, die so genannten Baryonresonanzen. Ferner können weitere Baryonen unter Benutzung der schwereren Quarks (charm, bottom und top) erzeugt werden. Indem man beispielsweise beim Lamda-Teilchen (uds) das strange-Quark durch ein charm-Quark ersetzt, erhält man das

\Lambda_c

mit einer etwa 1200 MeV größeren Masse.

Baryonische Materie; Kosmologie

Im sichtbaren Universum gibt es mehr Baryonen als Antibaryonen, diese Asymmetrie nennt man Baryonenasymmetrie.

Weiterführendes

Die Quark-Zusammensetzung, Massen und Lebensdauern der leichten Baryonen findet man unter Liste der Baryonen. Elementarteilchen betreffende Messwerte werden von der Particle Data Group gesammelt und analysiert ([http://pdg.lbl.gov/ pdg.lbl.gov]; englisch). Kategorie:Elementarteilchen ja:バリオン ko:바리온

Proton

Das Proton ist ein langlebiges, elektrisch positiv geladenes Elementarteilchen mit dem Formelzeichen p. Protonen bestehen aus zwei u-Quarks und einem d-Quark (Formel uud). Diese drei Valenzquarks werden von einem "See" aus Gluonen und Quark-Antiquark Paaren umgeben. Das Proton ist, wie das Neutron, ein Baryon und bildet mit jenen die Bausteine der Atomkerne, die Nukleonen. Die Anzahl der Protonen im Atomkern bestimmt die Ordnungszahl eines Elements und legt dieses somit fest. Das Proton unterliegt folgenden Grundkräften der Physik:
- Starke Wechselwirkung
- Schwache Wechselwirkung
- Elektromagnetische Wechselwirkung
- Gravitation Momentan ist noch nicht klar, ob das Proton stabil ist, da die Große Vereinheitlichte Theorie eine Halbwertzeit von 10³¹ Jahren vorhersagt, jedenfalls ist es das einzige langlebige Hadron. Experimente am Kamiokande lassen auf eine Halbwertzeit von mindestens 10³² Jahren schliessen (siehe auch Protonenzerfall). In der Chemie werden auch Wasserstoffionen (H⁺-Ionen) als Protonen bezeichnet (z.B. bei der Protolyse), da nach Abtrennung des einzigen Elektrons nur der aus einem einzigen Proton und keinem, einem oder zwei Neutronen bestehende Kern übrig bleibt. Wasserstoffkerne mit einem Neutron heißen Deuteron (siehe Deuterium), mit zwei Neutronen Triton (siehe Tritium). Siehe auch: Physikalische Konstanten

Weblinks

- [http://physics.nist.gov/cuu/Constants/index.html Tabellenwerte vom CODATA/NIST ]
- [http://www.wissenschaft.de/wissen/news/256985.html www.wissenschaft.de: Das seltsame Innenleben des Protons] Das Proton hat sehr viel mehr Strange-Quark-Anteile als bisher angenommen Kategorie:Elementarteilchen Kategorie:Kernphysik ja:陽子 ko:양성자

Meson

Mesonen (von gr. μεσος (mesos) = Mitte) sind Teilchen mittlerer Masse, im Gegensatz zu leichten Leptonen wie dem Elektron und schweren Baryonen wie dem Proton oder dem Neutron. Der Begriff wurde in den 1930er Jahren geprägt, als die Erkenntnisse noch nicht sehr umfangreich waren. Das Kriterium der Masse erwies sich schnell als unzureichend. Tatsächlich stellte sich heraus, dass das zuerst experimentell nachgewiesene Meson, das μ-Meson oder Myon ein Lepton ist. Nach heutigem Erkenntnisstand der Teilchenphysik sind Mesonen Teilchen, die aus jeweils einem Quark und einem Antiquark (dem Antiteilchen eines Quarks) aufgebaut sind. Mesonen unterliegen damit der starken Wechselwirkung. Da sie zusammengesetzt sind, werden sie nicht mehr wie früher als Elementarteilchen bezeichnet. Alle Mesonen sind instabil. Mesonen, die leichter sind als ein Nukleon und ein Antinukleon, zerfallen zwangsläufig in leichtere Mesonen oder Leptonen. Da es sechs Arten von Quarks gibt, sollte man annehmen, dass es genau 36 verschiedene Mesonen gibt, nämlich genau alle möglichen Quark-Antiquark-Paare. Die Wirklichkeit ist allerdings komplizierter. Quarks besitzen einen Spin, so dass ein Meson aus zwei Quarks mit parallelem oder mit antiparallelem Spin bestehen kann. Erstere Mesonen werden pseudoskalare Mesonen (Spin=0), letztere Vektormesonen (Spin=1) genannt, und haben bei gleicher Quarkzusammensetzung unterschiedliche Eigenschaften und Bezeichnungen. Zusätzlich können alle diese Mesonen auch innere Anregungszustände besitzen, die durch ihren Bahndrehimpuls beschrieben werden. Hierdurch steigt ihre Energie an, so dass sie andere Eigenschaften (insbesondere Zerfallsprodukte) als die Mesonen im Grundzustand besitzen. Aus historischen Gründen sind Mesonen gleicher Quarkzusammensetzung, aber unterschiedlicher innerer Eigenschaften, oft unterschiedlich bezeichnet. Zusätzlich müssen Quarks quantenmechanisch beschrieben werden. Daher gibt es in bestimmten Fällen Überlagerungszustände mehrerer Quark-Antiquark-Paare. Das neutrale Pion (Pi-Meson) etwa ist eine Mischung aus einem uu mit einem dd Zustand (Antiquarks sind durch einen Unterstrich gekennzeichnet). Ein in der Elementarteilchenphysik besonders wichtiges Meson ist das Kaon, welches neben den bislang besprochenen Eigenschaften zusätzlich noch in einer als kurzlebig (K_S) und langlebig (K_L) bezeichneten Form vorkommt. Die unterschiedlichen Zerfallszeiten der Kaonen (und auch die der B-Mesonen) stehen im Zusammenhang mit dem so genannten CP-Erhaltungssatz und erfordern eine eigene Abhandlung. Antiquarks und Antiteilchen sind unterstrichen dargestellt. Elementarteilchen betreffende Messwerte werden von der Particle Data Group gesammelt und analysiert (http://pdg.lbl.gov auf englisch). Kategorie:Elementarteilchen ja:中間子 ko:중간자

Quantenchromodynamik

Die Quantenchromodynamik (QCD) ist die quantenfeldtheoretische Beschreibung der starken Wechselwirkung. Die Grundbausteine der Theorie sind Quarks und Gluonen. Quarks bauen u.a. Protonen und Neutronen (und damit den Atomkern) auf, Gluonen vermitteln die Wechselwirkung zwischen den Quarks. Konzeptionell ist die QCD an die Quantenelektrodynamik (QED) angelehnt, die die Wechselwirkung elektrisch geladener Teilchen (z.B. Elektron oder Positron) durch Photonen als Eichtheorie beschreibt. Analog beschreibt die QCD die Wechselwirkung farblich (oder stark) geladener Teilchen (Quarks) durch Gluonen. Die zugrundeliegende Eichtheorie (

\mathrm(3)

) ist in diesem Fall nicht-abelsch. Als Konsequenz ist die Theorie asymptotisch frei bei kleinen Abständen und bei großen Abständen wird die Wechselwirkung stark, was das Confinement der Quarks verursacht.. Die QCD ist komplizierter als die QED, da gleichzeitig drei Farbladungstypen (rot, grün und blau genannt) mit entsprechenden Antifarben (antirot, antigrün und antiblau) auftreten. Die Gluonen selbst sind auch farbgeladen und können somit direkt miteinander wechselwirken. Daneben ist die Stärke der Wechselwirkung in der QCD bei niedrigen Energien weitaus höher als in der QED. Hierzu kann man die Kopplungskonstanten der beiden Theorien vergleichen. Da die Kopplungskonstante

\alpha_s

der QCD nicht mehr als kleiner Parameter betrachtet werden kann, bricht die Technik zusammen, mit der die QED gelöst wurde, die Störungstheorie. Ein erfolgversprechender Ansatz für QCD bei niedrigen Energien sind Computersimulationen, siehe Gittereichtheorie. Bei hohen Energien ist die Störungstheorie in der QCD wieder anwendbar, aber immer noch deutlich komplizierter als in der QED. Die Stärke der Wechselwirkung führt auch dazu, dass Protonen und Neutronen im Atomkern viel stärker aneinander gebunden sind als etwa die Elektronen an den Atomkern. Dem Laien ist oft der Unterschied der elektrischen und der Farbladung (starke Ladung) nicht leicht zu vermitteln. Daher sei hier angemerkt, dass Quarks sowohl eine elektrische als auch eine Farbladung besitzen. Quarks wechselwirken also sowohl „stark“ (d. h. durch Gluonen) als auch elektromagnetisch (d.h. durch Photonen). Da die elektromagnetische Wechselwirkung deutlich geringer ist als die starke, kann man ihren Einfluss in der Regel vernachlässigen und beschränkt sich auf den Einfluss der Farbladung. Dieses gilt allerdings nur innerhalb des Atomkerns, da die starke Wechselwirkung mit zunehmender Entfernung der wechselwirkenden Teilchen exponentiell und somit weitaus stärker als die elektromagnetische Wechselwirkung abnimmt. Somit ist die starke Wechselwirkung auf etwa den Atomkern beschränkt.

Forscher und Nobelpreise

Am 5. Oktober 2004 wurden David Gross, David Politzer und Frank Wilczek für ihre Arbeiten zur Quantenchromodynamik der „starken Wechselwirkung“ mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet. Sie entdeckten, dass die starke Wechselwirkung der Quarks schwächer wird, je näher sie sich sind. In direkter Nähe verhalten sich Quarks gewissermaßen wie freie Partikel (Asymptotic Freedom). Andererseits ist die starke Wechselwirkung um so höher, je weiter entfernt Quarks voneinander entfernt sind („Gummiband“-Effekt). Das Nobelpreiskomitee urteilte, dass die von Gross, Politzer und Wilczek formulierte Theorie der starken Wechselwirkung die Grundlage der Quantenchromodynamik (QCD) darstellt und die Forscher damit einen wesentlichen Beitrag bei der Suche nach der Weltformel geliefert hätten. Kategorie:Quantenphysik Kategorie:Teilchenphysik ja:量子色力学 ko:양자색역학

Teilchen (Physik)

In der Physik bezeichnet man mit einem Teilchen einen Körper, der klein gegenüber dem Maßstab des betrachteten Systems ist. Die innere Struktur eines einzelnen Teilchens spielt dabei keine Rolle, sondern lediglich sein Verhalten als Ganzes gegenüber anderen Teilchen oder äußeren Einflüssen. Insofern sind Teilchen ideale Objekte. Oft beschränkt man sich auch nur auf bestimmte Eigenschaften des realen physikalischen Objekts, wie die Masse oder die elektrische Ladung, um die Wechselwirkung zu studieren, die mit dieser Eigenschaft zusammen hängt. Das Wort Teilchen wird auch als Kurzwort für Elementarteilchen - die Bausteine der Materie - benutzt. Der Teilchenbegriff ist in einer ganzen Reihe von physikalischen Zusammenhängen gebräuchlich:
- In der klassischen Mechanik bezeichnet man mit Teilchen einen Massepunkt.
- In der Quantenmechanik werden die Energiequanten als Teilchen aufgefasst (Photonen in elekromagnetischen Wellen, Phononen bei Gitterschwingungen etwa in Kristallen).
- Bei Experimenten mit Sand bezeichnet man ein Sandkorn als Teilchen.
- In Festkörpern, Flüssigkeiten oder Gasen werden Atome und Moleküle als Teilchen bezeichnet.
- Atomphysik und Kernphysik betrachten die einzelnen Bestandteile des Atoms als Teilchen.
- Die Teilchenphysik selbst setzt sich mit den kleinsten bekannten Objekten, den Elementarteilchen auseinander.
- In einem Teilchenbeschleuniger werden geladene Teilchen auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt. Die Teilchen können in diesem Fall Elektronen, Protonen, Atomkerne oder Ionen sein. Je nach Betrachtungsweise kann also ein und dasselbe physikalische Objekt als Teilchen oder als System von Teilchen angesehen werden. siehe auch Korpuskel Kategorie:Physik

Experiment

Ein Experiment (lateinisch: experimentum = Versuch, Beweis, Prüfung, Probe) im Sinne der Wissenschaft ist ein methodisch aufgebauter Versuch zur zielgerichteten Untersuchung einer unter definierten Bedingungen reproduzierbar hervorgerufenen Erscheinung. Das Experiment ist neben der genauen Beobachtung die wichtigste wissenschaftliche Methode, um etwas über die Realität zu erfahren. Neben der Funktion in der Wissenschaft, in der es auf Galileo Galilei zurück geht, sind Experimente eine didaktische Methode. In den Sozialwissenschaften werfen Experimente besondere Probleme der "angewandten Ethik" auf.

Beobachtung und Experiment

Das Experiment unterscheidet sich von der reinen Beobachtung dadurch, dass zunächst eine genau definierte Situation präpariert wird. Anschließend wird das Verhalten des präparierten Systems beobachtet beziehungsweise gemessen. Es dient der Überprüfung einer Behauptung (These/Hypothese) und kann diese stützen oder widerlegen. Das Experiment hängt mit der Beobachtung zusammen, ist mit ihr aber nicht identisch. Das Experiment erlaubt nicht nur das zu studieren, was sofort ins Auge fällt, sondern auch das, was oft in der Tiefe der Erscheinung nicht offensichtlich zum Ausdruck kommt. Das Experiment hat eine ganze Reihe von Vorzügen gegenüber der reinen Beobachtung. Karl Marx äußerte sich zu Beobachtung und Experiment wie folgt: "Der Physiker beobachtet Naturprozesse entweder dort, wo sie in der prägnantesten Form und von störenden Einflüssen mindest ungetrübt erscheinen, oder, wo möglich, macht er Experimente unter Bedingungen, welche den reinen Vorgang des Prozesses sichern". Folgt man Karl Poppers kritischem Rationalismus, lassen sich (Hypo-)Thesen grundsätzlich nicht beweisen (verifizieren), sondern nur widerlegen (falsifizieren). Widerlegt das Experiment die Hypothese nicht, kann dies jedoch als Stützung der Hypothese aufgefasst werden. Siehe auch: Falsifizierbarkeit. Von einem Experiment wird gefordert, dass es quantifizierbare Ergebnisse liefert, und dass es wiederholbar ("reproduzierbar") und objektiv ist, das heißt, dass dasselbe Ergebnis resultiert, wenn es von verschiedenen Personen, an verschiedenen Orten und/oder zu verschiedenen Zeiten wiederholt wird. Dabei ist auszuschließen (was oft nicht genügend beachtet wird), dass die Erwartungen des Experimentators einen Einfluss auf das Ergebnis des Experiments haben. Erforderlich ist für die Reproduzierbarkeit das Versuchsprotokoll, das meist in einem Laborjournal geführt wird. Das biologische Experiment gestattet beispielsweise durch variieren der Versuchsbedingungen nicht nur, nahezu exakt den Charakter der determinierenden Einwirkungen auf einen zu untersuchenden Prozess zu bestimmen, sondern auch diejenigen Prozesse zu beschleunigen oder zu verlangsamen und damit der Untersuchung zugänglich werden zu lassen, die im natürlichen Verlauf entweder extrem langsam oder zu schnell für die Auswertung des Experiments ablaufen, um hinreichend genau und vollständig fixiert zu werden. Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Produktionsinstrumenten erlangte das Experiment nicht nur immer größere Bedeutung für die Gesellschaft, sondern es änderte damit auch seinen Charakter. Unterschiede gibt es zwischen Experimenten in den Naturwissenschaften und der Technik. Die Experimente in der Naturwissenschaft sind kausal orientiert und betrachten somit die Beziehung zwischen Ursache und Wirkung. Experimente in der Technik sind finalorientiert und betrachten somit die Beziehung zwischen Zweck und Mittel. Gedankenexperimente sind Experimente, die nicht wirklich ausgeführt werden, sondern nur zur Klärung eines Sachverhaltes dienen. Zuweilen wird es später möglich, das Gedankenexperiment als reales Experiment zu überprüfen. Siehe auch: Experimentum Crucis

Berühmte Experimente

- Galileo Galilei - Versuche zum freien Fall.
- Otto von Guericke (1663) Magdeburger Halbkugeln (Effekte des Luftdrucks.)
- Millikan-Versuch zur Messung der Elementarladung von Robert Andrews Millikan
- Cavendish - Experiment zur Messung der Gravitationskonstante
- Michael Faraday - Versuchsreihe zu Elektrizität und Magnetismus
- Michelson - Morley-Experiment zur Messung der Unabhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit von der Bewegung der Erde
- Uranspaltung von Otto Hahn und Lise Meitner
- Schwärzung eine Films durch Radioaktivität (Becquerel)
- Kreuzungsversuche mit Erbsen von Gregor Mendel
- Iwan Pawlows Experiment der Konditionierung von Hunden (bedingter Reflex)
- Miller-Urey-Experiment Urzeugung von Leben, Aminosäuren aus Uratmosphäre
- Stanford-Prison-Experiment Experiment zur Untersuchung menschlichen Verhaltens durch Zimbardo
- Stanley Milgrams Experiment der Manipulierbarkeit und Aggressionsbereitschaft (Milgram-Experiment)
- Psychologisches Experiment zu Inattentional Blindness (Blindheit wegen Unaufmerksamkeit) von Simons und Chabris Siehe auch: Naturwissenschaft

Ohne Experimente

- Eine Naturwissenschaft, die weitgehend auf Experimente verzichten muss, wenn man von Experimenten zur Verbesserung der Beobachtung absieht, ist die Astronomie.
- Lange Zeit war die Biologie eine rein beschreibende Wissenschaft. Das gilt für die heutige Biologie nicht mehr.
- Auch in den Geistes- und Sozialwissenschaften gibt es Experimente, zum Beispiel in der Psychologie, Beispiel: das Milgram-Experiment. Die Mehrzahl der Geisteswissenschaft ist allerdings typischerweise nichtexperimentell begründet, beispielsweise die Geschichtswissenschaft. In der Archäologie werden auch experimentelle Methoden eingesetzt, zum Beispiel um das frühe Transportwesen zu überprüfen (Thor Heyerdahl) oder den Bau bestimmter Gegenstände nachzubilden.

Das Experiment in der Kunst

Auch in verschiedenen Gattungen der Kunst spielt das Experiment teils eine wichtige Rolle, mit ähnlichen Zielsetzungen wie in der Wissenschaft. Teilweise gibt es sogar Überschneidungen: So stellten die fotografischen Untersuchungen von Bewegungen, die Eadweard Muybridge anstellte, sowohl ein wissenschaftliches als auch ein künstlerisches Experiment dar. Ähnlich verhielt es sich zuvor schon mit Erfindungen von Leonardo da Vinci. Im Gegensatz zum wissenschaftlichen Experiment ist das künstlerische nicht unbedingt reproduzierbar. Es soll dazu dienen, neue Möglichkeiten des Ausdrucks, des Mediums zu finden, Dinge auf eine Weise zu sehen oder zu tun, wie sie zuvor nicht gesehen oder getan wurden. Die Kreativität ermöglicht, neue Formen, Kombinationen, Perspektiven zu entwickeln. Es stellt also in ähnlicher Weise Grundlagenforschung dar. Das künstlerische Experiment kann dabei auch scheitern, etwa an eigenen Ansprüchen oder Ablehnung des Publikums (Kunstbegriff). Beispiele finden sich im Experimentalfilm, in Teilen der zeitgenössischen Kunst, in der avantgardistischen oder Neuen Musik, aber auch in der Literatur. In der Postmoderne tragen auch Teile des Mainstreams experimentelle Elemente in sich (etwa im Musikvideo). Gleichzeitig werden dezidiert experimentelle Werke von einem Grossteil des Publikums zurückgewiesen (Kulturindustrie) und kämpfen mit finanziellen Schwierigkeiten, Ausnahmen wie Kubricks Film 2001: Odyssee im Weltraum sind selten.

Literatur

- Manfred Achilles: Historische Versuche der Physik. Funktionsfähig nachgebaut. ISBN 3-925831-14-2
- Steven Schwartz: Wie Pawlow auf den Hund kam. Die 15 klassischen Experimente der Psychologie. ISBN 3407851022 (ist gleichzeitig eine sehr gute praxisbezogene Einführung in die Psychologie)
- Klaus Hentschel: Mythen um berühmte Experimente und Experimentatoren: Das Märchen vom Zauberer im weißen Kittel. Physik in unserer Zeit 34(5), S. 225 - 231 (2003), ISSN 0031-9252

Siehe auch

Messung, Test, Laborjournal, Quasi-Experiment, Experimentierkasten

Weblinks

- [http://www.bio-faqs.de/ts_downl/CH-AB-Versuchsprotokoll.pdf Inhalte eines einfachen Versuchsprotokolls]
- [http://www.netchemie.de Einfache Chemie Experimente für zu Hause]
- [http://www.hunkinsexperiments.com/ Hunkin`s Experiments Homepage]
- [http://testexperiment.stangl-taller.at/dasexperiment.html Hypertext zum Experiment in der Psychologie]
- [http://www.experimentalpsychologie.de Einführung in die Experimentalpsychologie und Testentwicklung] Kategorie:Empirie ja:実験 simple:Experiment

Deutsches Elektronen-Synchrotron

DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) ist das größte deutsche Forschungszentrum für Teilchenphysik mit Sitz in Hamburg und Zeuthen. DESY dient hauptsächlich der Grundlagenforschung in der Teilchenphysik sowie der Forschung mit Synchrotronstrahlung. Zu diesem Zweck betreibt und entwickelt DESY verschiedene Teilchenbeschleuniger. Das Forschungszentrum wird mit öffentlichen Mitteln finanziert und ist Mitglied in der Helmholtz-Gemeinschaft. Gegründet wurde die Stiftung Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY am 18. Dezember 1959 in Hamburg durch einen Staatsvertrag, den der damalige Bundesminister für Atomkernenergie Siegfried Balke und der Hamburger Bürgermeister Max Brauer unterzeichneten. Max Brauer Max Brauer Max Brauer

Aufgaben

Die Aufgabe des DESY ist die naturwissenschaftliche Grundlagenforschung. Dabei setzt das Forschungszentrum drei Schwerpunkte:
- Entwicklung, Bau und Betrieb von Teilchenbeschleunigern
- die Untersuchung der fundamentalen Eigenschaften von Materie und Kräften im Rahmen der Teilchenphysik
- die Nutzung der Synchrotronstrahlung in Oberflächenphysik, Materialwissenschaft, Chemie, Molekularbiologie, Geophysik und Medizin Insbesondere im Bereich der Synchrotronstrahlung wird das breite interdisziplinäre Forschungsspektrum des DESY deutlich.

Standorte

DESY verfügt über zwei Standorte, der größere in Hamburg und der kleinere in Zeuthen.

Hamburg

Das Gelände von DESY Hamburg befindet sich im Westen der Stadt und wird vom Ring des Teilchenbeschleunigers PETRA umschlossen. Quer durch das Gelände führt ein Teil des Rings des größten Beschleunigers HERA. Der insgesamt 6,3 km lange unterirdische HERA-Ring verläuft größtenteils unter dem Altonaer Volkspark. Innerhalb des Rings befindet sich u. a. die AOL Arena. Am Standort in Hamburg findet seit 1960 der größte Teil der Forschungsarbeit des DESY auf dem Gebiet der Elementarteilchen statt. Neben den in den letzten Jahrzehnten entstandenen großen Teilchenbeschleunigern wird zurzeit der Freie-Elektronen-Röntgenlaser XFEL geplant. Die Arbeit an ihm soll DESY Hamburg als Forschungsstandort auch in Zukunft erhalten.

Zeuthen

Am 1. Januar 1992 wurde DESY mit dem Institut für Hochenergiephysik (IfH) in Zeuthen, südöstlich von Berlin, um einen zweiten Standort erweitert. Das im Vergleich zu DESY Hamburg kleine Gelände liegt in der Nähe des S-Bahnhofs Zeuthen direkt am Zeuthener See. DESY Zeuthen arbeitet an den HERA Experimenten in Hamburg mit und wertet u. a. Daten aus. Des Weiteren beteiligt sich DESY Zeuthen an der Entwicklung des Freie-Elektronen-Röntgenlasers XFEL und des geplanten Linearcolliders TESLA. Außerdem betreiben die Zeuthener Wissenschaftler zwei im Rahmen der DESY Forschung ungewöhnliche Projekte:
Für die Neutrino-Astrophysik war DESY Zeuthen maßgeblich an der Entwicklung des Neutrinoteleskops AMANDA beteiligt, das 1994 von einer internationalen Wissenschaftlergruppe am Südpol errichtet wurde. In Zeuthen selbst betreibt DESY im „Zentrum für Paralleles Rechnen“ massiv-parallele Hochleistungsrechner, die z. B. für Berechnungen in der theoretischen Teilchenphysik genutzt werden.

Etat und Finanzierung

Das Forschungszentrum hat einen Jahresetat von etwa 160 Mio. €. Davon entfallen 145 Mio. € auf DESY Hamburg, die übrigen 15 Mio. € auf DESY Zeuthen. Die Finanzierung übernimmt zu 90 % das Bundesministerium für Bildung und Forschung und zu 10 % die Stadt Hamburg bzw. das Land Brandenburg. Die an den Teilchenbeschleunigern durchgeführten Experimente finanzieren die daran beteiligten deutschen sowie ausländischen Institute.

Mitarbeiter und Ausbildung

Insgesamt beschäftigt DESY 1560 Mitarbeiter, davon 365 Wissenschaftler. Diese verteilen sich wie folgt auf die beiden Standorte:
- Hamburg: 1390 Mitarbeiter, davon 300 Wissenschaftler
- Zeuthen: 170 Mitarbeiter, davon 65 Wissenschaftler (Stand: Januar 2005) In diese Zahlen eingerechnet sind die 100 Auszubildenden in gewerblich-technischen Berufen sowie die 100 Diplomanden, 430 Doktoranden und 240 Nachwuchswissenschaftler, die von DESY betreut werden.

Internationale Zusammenarbeit

An den DESY-Forschungen sind 2900 Wissenschaftler aus 33 Nationen beteiligt. Von diesen forschen 1000 im Bereich der Teilchenphysik am HERA, 1900 arbeiten mit Synchrotronstrahlung im HASYLAB. (Stand: Januar 2005)

Das internationale Projekt HERA

Der Bau des Beschleunigers HERA zwischen 1984 und 1990 war eines der allerersten international finanzierten Großprojekte. Zuvor wurde der Bau wissenschaftlicher Anlagen stets von den Staaten, in denen sie sich befanden, finanziert. Lediglich die an ihnen durchgeführten Experimente bezahlten die durchführenden nationalen oder ausländischen Institute. Durch den enormen Umfang des HERA-Projektes erklärten sich jedoch viele internationale Einrichtungen schon beim Bau des Teilchenbeschleunigers zur Unterstützung bereit. Insgesamt beteiligten sich mehr als 45 Institute und 320 Firmen aus elf Ländern mit Sach- und Geldspenden am Bau der Anlage, über 20 % der Baukosten wurden von ausländischen Einrichtungen übernommen. Nach dem Vorbild von HERA wurden in den folgenden Jahren viele wissenschaftliche Großprojekte gemeinschaftlich durch mehrere Staaten getragen. Inzwischen hat sich das Modell etabliert und die internationale Kooperation schon beim Bau der Anlagen ist heutzutage weit verbreitet.

Teilchenbeschleuniger, Anlagen und Experimente des DESY

Die Beschleuniger des DESY sind nicht alle auf einmal gebaut worden, sondern entstanden nacheinander mit der Forderung der Teilchenphysiker nach immer höheren Energien zur Untersuchung der Teilchenstrukturen. Durch die Errichtung neuerer Beschleuniger wurden die älteren Beschleuniger meist zu Vorbeschleunigern oder zu Quellen für Synchrotronstrahlung für Labore mit neuen Forschungsaufgaben umgebaut (zum Beispiel für das HASYLAB). Heute sind die wichtigsten Anlagen des DESY der Teilchenbeschleuniger HERA, das Synchrotron-Forschungslabor HASYLAB und der Freie-Elektronen-Laser VUV-FEL. Die Entwicklung der verschiedenen Anlagen wird im folgenden chronologisch behandelt:

DESY

Der Bau des ersten Teilchenbeschleunigers DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron), der dem Forschungszentrum seinen Namen gab, begann im Jahr 1960. Der Beschleuniger war zu dieser Zeit die weltweit größte Anlage ihrer Art und konnte Elektronen auf 7,4 GeV beschleunigen. Am 1. Januar 1964 wurden erstmals Elektronen im Synchrotron beschleunigt und die Forschungsarbeit an Elementarteilchen aufgenommen. Internationale Aufmerksamkeit erregte DESY zum ersten Mal 1966 mit seinem Beitrag zur Prüfung der Quantenelektrodynamik. Die Ergebnisse bestätigten diese Theorie. Im folgenden Jahrzehnt etablierte sich DESY als Kompentenzzentrum für Entwicklung und Betrieb von Hochenergiebeschleunigern. Die beim Beschleunigen von Elektronen als Nebeneffekt auftretende Synchrotronstrahlung wurde erstmals 1967 für Absorptionsmessungen eingesetzt. Für diesen Spektralbereich existierten noch keine konventionellen Strahlungsquellen. Das European Molecular Biology Laboratory (EMBL) nutzte die neuen Möglichkeiten und errichtete 1972 eine permanente Außenstelle bei DESY, um mit der Synchrotronstrahlung den Aufbau von biologischen Strukturen zu erforschen. Das Elektronen-Synchrotron DESY II und das Protonen-Synchrotron DESY III wurden 1987 bzw. 1988 als Vorbeschleuniger für HERA in Betrieb genommen.

DORIS III

DORIS (Doppel-Ring-Speicher), gebaut von 1969 bis 1974, war der zweite Ringbeschleuniger und der erste Speicherring des DESY mit einem Umfang von knapp 300 Metern. Ursprünglich als Elektron-Positron-Speicherring entwickelt, konnten in DORIS erstmals Kollisionsexperimente zwischen Elektronen und ihren Antiteilchen bei Energien von 3,5 GeV pro Strahl durchgeführt werden. 1978 wurde die Energie der Strahlen auf 5 GeV angehoben. Durch den Beweis der „angeregten Charmonium-Zustände“ leistete DORIS 1975 einen wichtigen Beitrag für den Nachweis schwerer Quarks. Im selben Jahr fanden am DESY erste Tests der Röntgenlithografie statt, später wurde das Verfahren zur Röntgen-Tiefenlithografie weiterentwickelt. Nach Inbetriebnahme des HASYLAB 1980 wurde die von DORIS als Nebenprodukt erzeugte Synchrotronstrahlung für Forschungen genutzt. Stand Anfangs nur ein Drittel der Betriebszeit von DORIS für die Forschung mit Synchrotronstrahlung zur Verfügung, diente der Speicherring ab 1993 unter dem Namen DORIS III nur noch als Strahlungsquelle für HASYLAB. Um eine intensivere und besser steuerbare Synchrotronstrahlung zu erhalten, wurde DORIS ab 1984 mit Wigglern und Undulatoren bestückt. Über eine spezielle Magnetanordnung konnten nun die beschleunigten Elektronen auf einen Slalomkurs gebracht werden. Dadurch wurde die Intensität der ausgesandten Synchrotronstrahlung im Vergleich zu herkömmlichen Speicherringsystemen um das Hundertfache gesteigert. DORIS III bietet 42 Messplätze, an denen etwa 80 Instrumente im Wechsel betrieben werden. Die gesamte Messzeit im Jahr beträgt acht bis zehn Monate.

PETRA II

Magnet PETRA (Positron-Elektron-Tandem-Ring-Anlage) wurde von 1975 bis 1978 erbaut. Der Beschleuniger war zum Zeitpunkt seiner Inbetriebnahme der größte Speicherring seiner Art und ist noch heute nach HERA der zweitgrößte Synchrotron des DESY. PETRA diente ursprünglich der Erforschung der Elementarteilchen. Als einer der größten Erfolge gilt die Entdeckung des Gluons, das Trägerteilchen der starken Kernkraft, an PETRA im Jahr 1979. Positronen und Elektronen konnten auf 19 GeV beschleunigt werden. Die Forschung an PETRA führte zu einer intensiveren internationalen Nutzung der DESY-Anlagen. Wissenschaftler aus China, England, Frankreich, Israel, Japan, den Niederlanden, Norwegen und den USA beteiligten sich neben zahlreichen deutschen Kollegen an den ersten Untersuchungen an PETRA. Im Jahr 1990 wurde die Anlage unter dem Namen PETRA II als Vorbeschleuniger für Protonen und Elektronen/Positronen für den neuen Teilchenbeschleuniger HERA in Betrieb genommen. Im März 1995 wurde PETRA II mit Undulatoren bestückt, um die Erzeugung von Synchrotronstrahlung mit einem intensiven Röntgenlichtanteil zu verstärken. Seitdem dient PETRA II dem HASYLAB als eine Quelle für hochenergetische Synchrotronstrahlung und besitzt für diesen Zweck zwei Testmessplätze. Positronen werden heute auf 12 GeV beschleunigt.

HASYLAB

1979 1979 1979 1979 Das HASYLAB (Hamburger Synchrotronstrahlungslabor) dient der Forschung mit Synchrotronstrahlung am DESY und wurde 1980 mit 15 Messplätzen (heute gibt es 42) eröffnet. Das Labor grenzt an den Speicherring DORIS, um die von ihm erzeugte Synchrotronstrahlung für die Forschung nutzen zu können. Anfangs stand ein Drittel der Betriebszeit von DORIS für Experimente mit Synchrotronstrahlung zur Verfügung. Seit 1993 arbeitet DORIS III ausschließlich als Quelle für Strahlung für das HASYLAB. Neben den 42 Messplätzen am Speicherring DORIS III bietet HASYLAB noch drei Testmessplätze am Speicherring PETRA. Nach der Erweiterung von DORIS um den ersten Wiggler, der für eine wesentlich intensivere Synchrotronstrahlung sorgte, wurde im Jahr 1984 am HASYLAB das erste durch Synchrotronstrahlung gewonnene Mößbauer-Spektrum aufgenommen. 1985 konnte durch die Weiterentwicklung der Röntgentechnik die Detailstruktur des Schnupfenvirus aufgeklärt werden. Im folgenden Jahr gelang erstmals der Versuch, mit Synchrotronstrahlung einzelne Gitterschwingungen in Festkörpern anzuregen. So konnten Untersuchungen der elastischen Eigenschaften von Materialien durchgeführt werden, die vorher nur an Kernreaktoren mit Neutronenstreuung möglich waren. 1987 wurde im ARGUS-Detektor des DORIS-Speicherrings zum ersten Mal die Umwandlung eines B-Meson in sein Antiteilchen, ein Anti-B-Meson, beobachtet. Daraus lies sich schließen, dass sich das zweitschwerste Quark – das Bottom-Quark – unter bestimmten Bedingungen in ein anderes Quark umwandeln kann. Des Weiteren folgte aus der Beobachtung, dass das noch nicht gefundenen sechste Quark – das Top-Quark – eine sehr große Masse haben musste. Das Top-Quark wurde schließlich 1995 am Fermilab in den USA erstmals nachgewiesen. Ebenfalls 1987 gründete die Arbeitsgruppe für Strukturelle Molekularbiologie der Max-Planck-Gesellschaft eine permanente Außenstelle im HASYLAB. Sie nutzt die Synchrotronstrahlung um die Struktur von Ribosomen zu erforschen. Heutzutage führen viele in- und ausländische Forschergruppen am HASYLAB ihre Experimente durch, insgesamt 1900 Wissenschaftler aus verschiedenen Ländern sind an der Arbeit beteiligt. Das Forschungsspektrum reicht dabei von der Grundlagenforschung und Experimenten in Physik, Materialforschung, Chemie, Molekularbiologie, Geologie und Medizin bis zu anwendungsnahen Untersuchungen und Industriekooperationen. So nutzte z. B. die Firma OSRAM in der jüngeren Vergangenheit das HASYLAB um die Glühdrähte ihrer Lampen mittels Synchrotronbestrahlung zu untersuchen. Durch die neugewonnenen Erkenntnisse über den Glühvorgang konnte die Haltbarkeit von Lampen in bestimmten Anwendungsgebieten deutlich gesteigert werden. Des Weiteren wurden am HASYLAB u. a. kleinste Verunreinigungen im Silizium für Computerchips analysiert, die Wirkungsweise von Katalysatoren erforscht, die mikroskopischen Eigenschaften von Werkstoffen untersucht und Eiweißmoleküle mit dem Röntgenlicht der Synchrotronstrahlung durchleuchtet.

HERA

HERA (Hadron-Elektron-Ring-Anlage) ist mit einem Umfang von 6336 Metern derzeit (2005) der größte Ringsynchrotron und Speicherring des DESY. Der Bau der unterirdischen Anlage begann 1984, am 8. November 1990 wurde HERA in Betrieb genommen und die ersten beiden Experimente begannen 1992. HERA wird hauptsächlich genutzt, um den Aufbau von Protonen und die Eigenschaften schwerer Quarks zu untersuchen. Der Bau von HERA war eine internationale Aufgabe: Neben der Bundesrepublik Deutschland beteiligten sich noch elf weitere Staaten bei der Entwicklung des Beschleunigers. 1992 HERA ist der erste und einzige Speicherring weltweit, in dem Protonen und Elektronen bzw. ihre Antiteilchen, die Positronen, zur Kollision gebracht werden konnten. Um dies zu ermöglichen, war HERA auch der erste Teilchenbeschleuniger, bei dem supraleitende Magnete in großem Umfang eingesetzt wurden. An HERA konnte der Aufbau von Protonen mit einer dreißigmal höheren Genauigkeit untersucht werden, als es vorher möglich war. Die Auflösung erfasst Strukturen von einem Tausendstel der Größe eines Protons. In den Jahren nach der Eröffnung wurden viele Entdeckungen über die Zusammensetzung der Protonen aus Quarks und Gluonen gemacht. Der Tunnel von HERA befindet sich 10 bis 25 Meter unter der Erdoberfläche und hat einen Innendurchmesser von 5,2 Metern. Für den Bau des Tunnels kam dieselbe Technik zur Anwendung, die sonst für den Bau von U-Bahn-Tunneln benutzt wird. In der Röhre verlaufen zwei ringförmige Teilchenbeschleuniger. Der eine beschleunigt Elektronen auf eine Energie von 27,5 GeV, der andere Protonen auf eine Energie von 920 GeV in entgegengesetzter Richtung. Beide Strahlen durchfliegen annähernd mit Lichtgeschwindigkeit ihre Beschleunigerringe etwa 47 000 mal in einer Sekunde. An zwei Stellen des Rings können der Elektronen- und der Protonenstrahl zur Kollision gebracht werden. Dabei werden Elektronen oder Positronen an den Konstituenten des Protons, den Quarks, gestreut. Die Produkte dieser Teilchenreaktionen, das gestreute Lepton und die aus der Fragmentation des Quarks entstehenden Hadronen, können in großen Detektoren nachgewiesen werden. Neben den zwei Kollisionszonen gibt es im HERA-Ring zwei weitere Wechselwirkungszonen. Alle vier Zonen sind in großen unterirdischen Hallen untergebracht, eine in jeder Himmelsrichtung. In jeder Halle arbeitet eine internationale Experimentiergruppe. Diese entwickeln, bauen und betreiben in langjähriger gemeinsamer Arbeit haushohe komplexe Messgeräte und werten Millionen von Daten aus. Die Experimente in den vier Hallen werden im folgenden einzeln vorgestellt:

H1

H1 ist ein Universaldetektor für die Kollision von Elektronen und Protonen und befindet sich in der HERA-Halle Nord des DESY. Er ist seit 1992 im Betrieb, 12 m x 10 m x 15 m groß und wiegt 2 800 Tonnen. Die Aufgaben von H1 sind die Entschlüsselung der inneren Strukturen des Protons, die Erforschung der starken Wechselwirkung sowie die Suche nach neuen Formen der Materie und nach in der Teilchenphysik unerwarteten Phänomenen.

ZEUS

ZEUS ist ähnlich dem H1 ein Universaldetektor für die Kollision von Elektronen und Protonen und befindet sich in der HERA-Halle Süd des DESY. Er ist seit 1992 im Betrieb, 12 m x 11 m x 20 m groß und wiegt 3 600 Tonnen. Die Aufgaben gleichen denen des H1.

HERA-B

HERA-B war ein Experiment in der HERA-Halle West des DESY und sammelte zwischen 1999 und Februar 2003 Daten. Unter Nutzung des Protonenstrahls sollte mit HERA-B Untersuchungen an schweren Quarks durchgeführt werden. Die Maße des Detektors betrugen 8 m x 20 m x 9 m, sein Gewicht 1 000 Tonnen.

HERMES

HERMES ist ein Experiment in der HERA-Halle Ost des DESY und wurde 1995 in Betrieb genommen. Der longitudinal polarisierte Elektronenstrahl von HERA wird dabei für die Untersuchung der Spin-Struktur von Nukleonen genutzt. Dazu werden die Elektronen mit einer Energie von 27,5 GeV an einem internen Gastarget gestreut. Dieses Target und der Detektor wurden speziell im Hinblick auf spinpolarisierte Physik konstruiert. Der Detektor ist 3,50 m x 8 m x 5 m groß und wiegt 400 Tonnen. Im derzeitigen Zustand ist HERMES in der Lage, inklusive Messungen (d. h. nur für das gestreute Lepton) und semi-inklusive Messungen (d. h. für das gestreute Lepton und einige der hadronischen Produkte) durchzuführen. Der sich zur Zeit im Bau befindende Rückstoßdetektor wird es ermöglichen, auch exklusive Messungen, d. h. für alle Endprodukte, durchzuführen.

VUV-FEL

VUV-FEL (Vacuum-Ultra-Violet Free-Electron-Laser) ist ein supraleitender Linearbeschleuniger mit Freie-Elektronen-Laser für Strahlung im Vakuum-Ultravioletten und im weichen Röntgenbereich. VUV-FEL basiert auf der 1997 errichteten TESLA-Testanlage TTF (TESLA-Test-Facility), die dafür 2003 von einer Länge von 100 m auf 260 m vergrößert wurde. An VUV-FEL wird sowohl die Technologie für das Zukunftsprojekt eines Röntgenlasers XFEL als auch die Technologie des geplanten Linearbeschleunigers TESLA getestet, fünf Messplätze stehen seit der Inbetriebnahme 2004 zur Verfügung.

Weitere Beschleuniger

Neben den großen Anlagen existieren am DESY mehrere kleine Teilchenbeschleuniger, die meist als Vorbeschleuniger für PETRA und HERA fungieren. Dazu gehören die Linearbeschleuniger LINAC I (von 1964 bis 1991 für Elektronen), LINAC II (seit 1969 für Positronen) und LINAC III (seit 1988 als Vorbeschleuniger für Protonen für HERA).

Pläne für die Zukunft

Das DESY ist engagiert im Projekt International Linear Collider (ILC). Dieses Projekt sieht die Errichtung eines 30-40 km langen Linear-Beschleunigers vor. Ein internationales Konsortium hat beschlossen, diesen mit der von DESY ursprünglich für das Projekt TESLA entwickelten Technologie zu bauen. Eine Entscheidung über den endgültigen Standort ist noch nicht gefallen. Das DESY plant den Bau eines Röntgenlasers, den XFEL (X-Ray Free-Electron-Laser), der 3km lang bis nach Schenefeld reichen soll. Es sollen Röntgenblitze von sehr kurzen Wellenlängen und sehr kurzer Dauer erzeugt werden, um z. B. chemische Reaktionen "filmen" zu können. Ausserdem soll der Petra Beschleuniger, der im Moment ausschließlich als Vorbeschleuniger von HERA dient zu einer Synchrotronstrahlungsquelle ausgebaut werden.

Der geplante 33-km-Beschleuniger TESLA

TESLA war ein geplanter Linearbeschleuniger. Dieser sollte in einem genähert horizontalen Tunnel 33 Kilometer langen, relativ knapp unter der Erdoberfläche liegenden Tunnel von Hamburg in Richtung Nord-Nordwest gebaut werden. An einigen Stellen waren Schächte nach oben vorgesehen. Die Genauigkeitsforderungen an Vermessung und Geotechnik sind bei solchen Bauwerken derart hoch, dass die Geodäten bereits Jahre vor dem eventuellen Baubeginn neue Meßsysteme zu entwickeln hatten. Schon früh hatten Forscher sich darauf geeinigt, dass es weltweit nur eine Anlage dieser Größenordnung geben sollte. Im August 2004, hat das "International Technology Recommendation Panel" (ITRP) die Empfehlung gegeben einen Liniearbeschleuniger auf der Basis von supraleitender Beschleunigertechnologie zu bauen. Das auf Grund dieser Empfehlung entstandene Projekt, der International Linear Collider (ILC), plant die TESLA Beschleunigungstechnologie nutzen. Das DESY hat nach der Entscheidung des ITRP die Entwicklung von TESLA eingestellt und beteiligt sich mit den für TESLA gesammelten Erfahrungen am ILC.

Weblinks

- [http://www.desy.de Offizielle DESY-Webseite]
- [http://www.hasylab.de Offizielle HASYLAB-Webseite]
- [http://www.weltderphysik.de/de/416.php Das „HERA Modell“ der internationalen Zusammenarbeit] Kategorie:Bildung und Forschung in Hamburg Kategorie:Forschungszentrum Kategorie:Beschleunigerphysik Kategorie:Organisation in Hamburg

Hamburg

Die Freie und Hansestadt Hamburg (niederdeutsch Hamborg, lateinisch Hammonia) ist als Stadtstaat ein Land der Bundesrepublik Deutschland und zweitgrößte Stadt Deutschlands sowie sechstgrößte der Europäischen Union. Hamburg ist Mittelpunkt der Europäischen Metropolregion Hamburg, eine von insgesamt elf Europäischen Metropolregionen in Deutschland.

Geografie

Europäischen Metropolregionen Hamburg liegt in Norddeutschland an der Mündung von Alster und Bille in die Elbe, die 110 km weiter nordwestlich in die Nordsee fließt. Der natürliche Tidehafen erstreckt sich über die ganze Breite der Elbe, hauptsächlich auf das Südufer der Norderelbe gegenüber den Stadtteilen St. Pauli und Altona. Die beiden Ufer sind durch Brücken im Osten sowie durch den Alten und Neuen Elbtunnel verbunden. Das Land südlich und nördlich des Flusses ist Geest, höher gelegene Flächen, die durch die Sand- und Geröllablagerungen der Gletscher während der Eiszeiten entstanden sind. Die unmittelbar am Fluss liegenden Marschen wurden auf beiden Seiten der Elbe über Jahrhunderte vom Flutwasser der Nordsee überschwemmt und dabei wurden Sand und Schlick abgeladen. Inzwischen ist die Elbe aber beidseitig eingedeicht. Alte Deichanlagen erinnern in den Außenorten noch an die Zeit, als bei Hochwasser ganze Viertel unter Wasser standen. Die Alster ist ein Fluss, der in der Stadtmitte aufgestaut wird, wodurch eine Art Binnensee in der Innenstadt entsteht. Dieser „See“ ist in zwei Teile geteilt, die jedoch miteinander verbunden sind – Binnen- und Außenalster. Sie werden durch zahlreiche Kanäle gespeist, die von großen Parkanlagen gesäumt sind. Die unzähligen Fleete, Flüsschen und Kanäle werden von mehr als 2.300 Brücken überspannt. Hamburg ist damit die brückenreichste Stadt Europas und hat mehr als Venedig (400) und Amsterdam (1.200) zusammen. Eine Übersicht der geografischen und urbanen Merkmale findet sich auf dem Satellitenbild des Artikels TM_Hamburg. Die heutigen Grenzen der Stadt Hamburg bestehen erst seit dem Groß-Hamburg-Gesetz, das mit Wirkung vom 1. April 1938 in Kraft trat. Die Stadt ist nach Berlin sowohl von der Fläche als auch von der Einwohnerzahl zweitgrößte Stadt Deutschlands. Hamburg grenzt nördlich der Elbe an Schleswig-Holstein und südlich der Elbe an Niedersachsen. Die in der Elbemündung in der Nordsee gelegenen Inseln Neuwerk, Scharhörn und Nigehörn sowie der Nationalpark Hamburgisches Wattenmeer gehören auch zum Hamburger Stadtgebiet.

Flüsse

- Alster
- Bille
- Dove Elbe
- Düpenau
- Eilbek
- Elbe
- Este
- Flottbek
- Isebek
- Gose Elbe
- Wandse

Erhebungen

Höchste Erhebung ist mit 116,1 m ü. NN eine (namenlose) Erhebung in den Harburger Bergen. Siehe Liste der Erhebungen in Hamburg.

Angrenzende Städte und Gemeinden

Folgende Städte und Gemeinden grenzen an die Stadt Hamburg; sie werden im Uhrzeigersinn beginnend im Nordwesten genannt:
- in Schleswig-Holstein:
- im Kreis Pinneberg: Wedel, Appen, Pinneberg, Schenefeld, Halstenbek, Rellingen sowie Ellerbek und Bönningstedt (beide Amt Bönningstedt)
- im Kreis Segeberg: Norderstedt
- im Kreis Stormarn: Tangstedt, Jersbek (Amt Bargteheide-Land), Ammersbek, Ahrensburg, Stapelfeld (Amt Siek), Barsbüttel, Oststeinbek und Reinbek
- im Kreis Herzogtum Lauenburg: Wentorf bei Hamburg, Börnsen und Escheburg (beide Amt Hohe Elbgeest) und Geesthacht
- in Niedersachsen:
- im Landkreis Harburg: Drage (Samtgemeinde Elbmarsch), Winsen (Luhe), Stelle, Seevetal, Rosengarten und Neu Wulmstorf
- im Landkreis Stade: Buxtehude, Jork

Verwaltungsgliederung

Jork Hauptartikel: Liste der Bezirke in Hamburg Hamburg besteht heute aus sieben Bezirken:
- Mitte
- Altona
- Eimsbüttel
- Nord
- Wandsbek
- Bergedorf
- Harburg Die Bezirke verfügen jeweils über ein eigenes Bezirksparlament, die Bezirksversammlungen. Diese Bezirksversammlungen haben rechtlich allerdings die Stellung von Verwaltungsausschüssen, mit sehr eingeschränkten Kompetenzen. Jeder Bezirk gliedert sich in mehrere Stadtteile, von denen es in ganz Hamburg insgesamt 104 gibt. Einige Stadtteile im so genannten Kernbereich des Bezirks werden direkt vom betreffenden Bezirksamt verwaltet, für die anderen Stadtteile des Bezirks gibt es jeweils ein eigenes Ortsamt. Insgesamt wurden 15 Ortsämter eingerichtet.

Klima

15 Ortsämter Aufgrund der maritimen Einflüsse ist das Klima milder als im östlichen Hinterland. Der wärmste Monat ist der Juli mit durchschnittlich 17,0 °C, der kälteste der Januar mit 0,0 °C. Temperaturen über 25 °C sind im Hochsommer keine Seltenheit. Seit den 1990er-Jahren des 20. Jahrhunderts wurden – möglicherweise im Zuge der globalen Erwärmung – auch Spitzentemperaturen von bis zu 37,3 °C (9. August 1992) gemessen. Im Laufe eines Jahres fallen durchschnittlich 714 mm Niederschlag und an 52 Tagen im Jahr senken sich Nebelbänke über die Stadt; im Winterhalbjahr kann es sehr stürmisch werden. Das Klima ist ganzjährig humid. Frühjahr und Frühsommer sind die beste Reisezeit für einen Besuch Hamburgs, jedoch gehört regenfeste Kleidung ins Gepäck.

Bevölkerung

humid

Einwohnerentwicklung

Hauptartikel: Hamburg/Bevölkerung Hamburg war im 17. Jahrhundert die größte Stadt Deutschlands, da sie vom Dreißigjährigen Krieg verschont geblieben war. Seinen bislang höchsten Einwohnerstand mit 1,9 Millionen erreichte Hamburg im Jahre 1964. Stadtflucht und Suburbanisierung führten anschließend zu einem Bevölkerungsrückgang bis 1986 auf rund 1,6 Millionen Einwohner. Seitdem ist die Bevölkerungszahl auf 1.742.846 (Stand 1. August 2005) angestiegen. Für die kommenden 20 Jahre wird für Hamburg ein weiterer Bevölkerungsanstieg vorausgesagt. In der mittleren Variante der Projektion wird von einer Einwohnerzahl von rund 2 Millionen ausgegangen. Hamburg wäre damit die am stärksten wachsende deutsche Metropole. Die Bevölkerungsstruktur Hamburgs ist die einer multikulturellen Gesellschaft: Im Dezember 2004 besaßen rund 255.070 Einwohner einen ausländischen Pass, das sind 14,9 % der gesamten Bevölkerung. Davon waren die größten Gruppen die türkischen Staatsangehörigen mit 59.600 Personen (zusammen mit den schätzungsweise 27.000 türkischstämmigen Deutschen in Hamburg wohnt in der Stadt damit die drittgrößte Gruppe türkischstämmiger Menschen in Deutschland, nach Berlin und Köln), die Serben und Montenegriner mit 18.650 Personen und die Polen mit 17.410 (fast 100.000 inkl. eingebürgerter Polen). Altersstruktur:
- unter 18: 16,1 %
- 18–60: 60,0 %
- über 60: 23,9 %

Religionen

Hauptartikel: Konfessionen in Hamburg Hamburg ist seit der Reformation eine evangelisch-lutherisch geprägte Stadt (37 % der Bevölkerung (2002)). Durch seine Stellung als wichtige Hafenstadt war es aber schon lange offen für andere Konfessionen. So entstand hier zum Beispiel 1834 die erste deutsche Baptistengemeinde. Hamburg ist außerdem seit 1995 Sitz des römisch-katholischen Erzbistums Hamburg mit ihrem Zentrum in der Domkirche St. Marien. 2003 lag der Anteil der römisch-katholischen Bürger bei 10,3 Prozent. Darüber hinaus gibt es seit den 1960er-Jahren einen bedeutenden Anteil an muslimischer Bevölkerung, sowie eine aufblühende jüdische Glaubensgemeinschaft.

Sprache

Bis weit ins 19. Jahrhundert war Niederdeutsch die allgemeine Umgangssprache in der Stadt. Dann wurde es vom Hochdeutschen, das schon seit langem als Schriftsprache Verwendung fand, immer stärker zurückgedrängt und verschwand um die Mitte des 20. Jahrhunderts schließlich weitgehend aus dem Alltagsgebrauch. Das Hamburger Platt wird aber noch von vielen Hamburgern verstanden und gesprochen sowie wie in ganz Norddeutschland in Literatur, Zeitungskolumnen usw. gepflegt. Der niederdeutsche Einfluss bleibt im Hochdeutschen allgegenwärtig und manifestiert sich besonders im Missingsch. Der bekannteste Ort der Mundartpflege in Hamburg ist das Ohnsorg-Theater, das Aufführungen in niederdeutscher Sprache anbietet. Siehe auch: Hamburger Dialekt Seit den starken Einwanderungswellen in den 1960er-Jahren haben sich in vielen Quartieren Hamburgs besondere Bevölkerungsgruppen niedergelassen, so dass verschiedene Migrations- uns Sprachinseln neben der deutschen Sprache präsent sind (portugiesische Sprache im Hafenviertel ("Portugiesenviertel"), türkisch und kurdisch in Altona und Wilhelmsburg).

Geschichte

Hauptartikel: Geschichte Hamburgs Geschichte Hamburgs Auf das 4. Jahrhundert v. Chr. datieren die ältesten festen Behausungen. Vom 4. bis ins 6. Jahrhundert erfolgte ein Zustrom von Sachsen in den nordelbischen Raum. Im Jahre 810 ließ Karl der Große eine Taufkirche errichten, um den heidnischen Norden zu missionieren. Zu ihrer Sicherung wird die Hammaburg gebaut. 831 begründete Ludwig der Fromme hier ein Bistum, das kurze Zeit später zum Erzbistum wurde. Doch schon kurz nach der Reichsteilung von Verdun überfielen Wikinger die Region, später die slawischen Obodriten, der Erzbischof verlegte seinen Amtssitz nach Bremen. Maßgeblich durch das 1189 verliehene Hafenrecht entwickelte sich die Stadt im Mittelalter zu einem florierenden Handelszentrum und galt mit seinen zeitweilig 600 Brauereien als Brauhaus der Hanse. Zur Reformationszeit wurde der Stadtstaat ohne Blutvergießen evangelisch, 1619 war Hamburg die größte Stadt Deutschlands. Auch nach dem Niedergang der Hanse und während der Aufklärung und der Industrialisierung blieb die Stadt das bedeutendste Wirtschaftszentrum Norddeutschlands (neben Berlin). In seiner wechselvollen Geschichte unterstand die Stadt sowohl der dänischen Königskrone, war Teil des Heiligen Römischen Reiches deutscher Nation, als auch Hauptstadt des Departments Elbmündung (Department Bouche de l´Elbe) im französischen Kaiserreich. Besondere Ereignisse der Neuzeit waren der große Hamburger Brand 1842, eine verheerende Choleraepidemie 1892, die Bombardierungen im Zweiten Weltkrieg und die Sturmflut 1962. Hamburgs Politik war immer auf größtmögliche Freiheit ihres Handels und politische Unabhängigkeit ausgerichtet gewesen. Auch heute noch ist Hamburg als Stadtstaat weitestgehend selbstständig und bietet dem Handel mit seinem Freihafen gute Voraussetzungen.

Politik

Hauptartikel: Politik in Hamburg Politik in Hamburg] Die Neuwahlen am 29. Februar 2004 zur Hamburgischen Bürgerschaft endeten erstmals mit einer absoluten Mehrheit für die CDU. Die SPD, die vor 2001 44 Jahre lang regiert hatte, musste deutliche Verluste hinnehmen und erreichte ihr schlechtestes Wahlergebnis nach dem 2. Weltkrieg. Die Grün-Alternative Liste konnte hingegen knapp 4 Prozentpunkte zulegen. Die FDP, deren glückloser Schulsenator Rudolf Lange kurz vor den Neuwahlen zurückgetreten war, scheiterte an der Fünf-Prozent-Hürde. Die Partei Rechtsstaatlicher Offensive verlor nach dem Ausschluss ihrer Gallionsfigur Ronald Schill 98 % ihrer Stimmen und kam nur noch auf 0,4 % (2001: 19,4 %). Auch dessen neue Gruppierung ProDM/Schill schaffte mit nur 3,1 % den Sprung in die Hamburgische Bürgerschaft nicht. Siehe auch: Hamburger Bürgermeister

Ausländische Vertretungen in Hamburg

Die wirtschaftliche Bedeutung Hamburgs für den Außenhandel der Bundesrepublik Deutschland („Hamburg, das Tor zur Welt“) hat dazu geführt, dass sich zahlreiche konsularische Vertretungen in der Hansestadt niedergelassen haben. Hamburg ist deshalb mit 99 Konsulaten (Oktober 2005) nach Hongkong die Stadt mit den meisten Konsulaten der Welt. Hierzu zählen insbesondere die skandinavischen Länder sowie die Länder, zu denen bereits seit frühester Zeit Handelsbeziehungen über den Hafen bestanden. Siehe auch: Liste der Hamburger Konsulate und Handelsvertretungen

Wirtschaft

Hamburg hat als Handels-, Verkehrs- und Dienstleistungszentrum überregionale Bedeutung und zählt zu den wichtigsten Industriestandorten in Deutschland. Wichtigste Wirtschaftszweige sind Konsumgüterindustrie, Luftfahrtindustrie (drittgrößter Standort weltweit), Chemie, Elektrotechnik, Maschinen- und Schiffbau, Mineralölwirtschaft, Banken, Medien. Seit 2002 bemüht sich der Senat, mit dem Leitbild „Metropole Hamburg – Wachsende Stadt“ den Wirtschaftsstandort auszubauen und ein langfristiges Bevölkerungswachstum zu erreichen. Als Ansatzpunkt verfolgt der Senat eine kombinierte Strategie aus Stärkung Hamburgs internationaler Ausstrahlung und der Aktivierung endogener Potenziale (FHH 2001:71).

Medien

Hauptartikel: Medien in Hamburg Unter anderen werden Der Spiegel, Stern und Die Zeit in Hamburg produziert. Zahlreiche Verlage, darunter die Großverlage Axel Springer AG (Bild) und Gruner + Jahr sowie der Heinrich Bauer Verlag, die Verlagsgruppe Milchstraße (mittlerweile Teil des Burda-Verlags) und der Jahreszeitenverlag, haben hier ihren Sitz. Insgesamt wird gut die Hälfte aller überregionalen Presseprodukte Deutschlands in Hamburg produziert. Drei bedeutende Tiefdruckereien befinden sich in bzw. im Großraum Hamburg. Dies sind broschek Tiefdruck, ein Unternehmen der schlott Gruppe AG, sowie Gruner Druck, Itzehoe und die Axel Springer Tiefdruckerei, Ahrensburg, die der prinovis angehören. Hamburg ist traditionell auch Sitz zahlreicher Firmen aus der Musikbranche, allen voran der Deutschlandzentrale von Warner Music. Trotzdem musste die Stadt im Sommer 2002 den Umzug von Universal Music und des deutschen Phono-Verbandes nach Berlin verkraften, das mit großzügigen Fördermitteln lockte – kurioserweise auch aus dem Länderfinanzausgleich, in den Hamburg selbst einzahlt. Weiterhin ist Hamburg Hauptsitz des Norddeutschen Rundfunks und seiner Tochtergesellschaft Studio Hamburg, die zahlreiche Fernsehsendungen und auch Filme entweder selbst produziert oder ihre Kapazitäten zur Verfügung stellt. Um die Belange der örtlichen, nationalen, wie auch internationalen Filmwirtschaft kümmert sich von staatlicher Seite die Filmförderung Hamburg.

Verkehr

18px Hamburg verfügt über gute Straßenverbindungen im Fernverkehr. Mehrere Bundesautobahnen berühren das Stadtgebiet, die A 1 (Köln–Bremen–Hamburg–Lübeck, weiter als Vogelfluglinie Richtung Kopenhagen/Malmö), die A 7 (Kassel–Hannover–Hamburg (Elbtunnel)–Flensburg), die A 23 (Hamburg–Heide), die A 24 (Hamburg–Berlin) und die A 25 (Hamburg–Geesthacht). Geplant ist eine weiträumige Umfahrung Hamburgs mit der A 20, die von Rostock kommend derzeit bei Lübeck endet. Sie soll künftig über das nördliche und westliche Umland Hamburgs und den Wesertunnel an die A 28 angeschlossen werden. Außerdem ist seit langem die A 26 (Hamburg–Stade) geplant. 18px Durch Hamburg führen die Bundesstraßen B 4, B 5, B 73, B 75, B 431, B 434 und B 447, die größtenteils radial auf den Innenstadtbereich zuführen; damit wird der Straßenverkehr dort konzentriert, was zu erheblichen Verkehrsproblemen führt. Tangentialverbindungen zur Umleitung des Durchgangsverkehrs und zur großräumigen Erschließung des Stadtgebietes kamen bisher über Planungen nicht hinaus; es bestehen jedoch drei Ringstraßen, die halbkreisförmig um die innere (Ring 1) und äußere Innenstadt (Ring 2) herum und als Viertelkreis durch die nordwestlichen Außenbezirke (Ring 3) verlaufen. Tangentialverbindungen 18px Hamburg ist einer der größten Eisenbahnknotenpunkte in Norddeutschland. Fernstrecken führen nach Westerland, Flensburg, Kiel, Lübeck – Kopenhagen, Rostock – Rügen, Schwerin, Berlin, Hannover, Bremen – Ruhrgebiet und Cuxhaven. Ausser dem Hamburger Hauptbahnhof gibt es Fernbahnhöfe in Altona, Bergedorf, Harburg und am Dammtor. Bedeutung im Güterverkehr auf der Schiene haben die Hamburger Hafenbahn , die AKN sowie der kurz hinter der Stadtgrenze in Maschen gelegene größte Rangierbahnhof Europas. 18px 18px Mit der S-Bahn Hamburg, der Hamburger U-Bahn und der AKN verfügt Hamburg über ein Schnellbahnnetz, welches wichtige Bereiche der Stadt sowie des nördlichen Umlands weiträumig erschließt. Alle örtlichen Verkehrsunternehmen haben sich im Hamburger Verkehrsverbund zusammengeschlossen. 18px Mit dem internationalen Flughafen Hamburg Airport befindet sich der älteste, noch in Betrieb befindliche Flughafen Deutschlands und einer der wenigen innerstädtischen Flughäfen Europas in Hamburg, dessen Kehrseite allerdings die dichte Besiedlung in seinen Einflugbereichen ist. Der Hafen wird durch sechs Fährlinien der HADAG erschlossen (fünf hiervon fahren zum Tarif des HVV). Mit dem Hinterland und der Ostsee ist Hamburg durch Binnenwasserstraßen verbunden (Unterelbe, Oberelbe, Elbe-Lübeck-Kanal, Elbe-Seitenkanal, Nord-Ostsee-Kanal).

Hafen

Nord-Ostsee-Kanal Nord-Ostsee-Kanal Der Hamburger Hafen, auch „Hamburgs Tor zur Welt“ genannt, ist der größte Seehafen in Deutschland und, gemessen am Containerumschlag 2004, der zweitgrößte in Europa und neuntgrößte weltweit. Für einige Spezialgüter, zum Beispiel Rohkaffee oder Teppiche ist er der größte Umschlaghafen weltweit. Das Hafengebiet umfasst etwa 7.399 ha (nutzbar 6.480 ha), von denen 4.331 ha (nutzbar 3.412 ha) Landflächen sind. Dazu kommen 919 ha, die zum Teil seit Jahrzehnten stadtplanerisch für die Hafenerweiterung vorgesehen sind. Angesichts immer größer werdender Schiffe droht Hamburg jedoch Anteile am Containerverkehr zu verlieren und fordert deshalb die Vertiefung der Elbe. Dieses Projekt ist ökologisch sehr umstritten. Aus der Zusammenarbeit mit Niedersachsen und Bremen zum Bau des neuen Containerhafens JadeWeserPort an dem ausreichend tiefen Fahrwasser des Jadebusens in Wilhelmshaven hat sich Hamburg nach dem Regierungswechsel 2001 zurückgezogen. Auf ungenutzten Flächen des Hamburger Hafens entsteht zurzeit quasi ein neuer Stadtteil. Das Projekt HafenCity soll auf einer Fläche von 155 Hektar Wohnen und Arbeiten ermöglichen.

Banken

Hamburg ist der bedeutendste Bankenplatz im norddeutschen Raum. Zahlreiche Institute haben hier ihre Regionaldirektion für den Norden. Zudem haben einige bedeutende Privatbanken ihren Sitz in Hamburg, z. B. M. M. Warburg & CO oder die Berenberg Bank. Die Hamburger Börse wurde 1558 als erste Börse in Deutschland und vierte in Europa gegründet, hat aber heute keine nennenswerte Bedeutung mehr.

Städtepartnerschaften

25px St. Petersburg, Russland, seit 1957 25px Marseille, Frankreich, seit 1958 25px Schanghai, Volksrepublik China, seit 1986 25px Dresden, Sachsen, seit 1987 25px Osaka, Japan, seit 1989 25px León, Nicaragua, seit 1989 25px Prag, Tschechien, seit 1990 25px Chicago, USA, seit 1994

Institutionen und Einrichtungen

Hamburg ist unter anderem Sitz des Internationalen Seegerichtshofs, der Bundesforschungsanstalt für Fischerei, der Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft, des Bundesamtes für Seeschifffahrt und Hydrographie, der Biologischen Anstalt Helgoland, des Deutschen Wetterdienstes (Seewetteramt), des Bernhard-Nocht-Instituts für Tropenmedizin, des Heinrich-Pette-Instituts für Experimentelle Virologie und Immunologie, des Deutschen Elektronen-Synchrotrons (DESY), der Gewerkschaft Nahrung-Genuss-Gaststätten sowie einer Handwerkskammer und einer Industrie- und Handelskammer. Ferner befinden sich in Hamburg ein Bundesgrenzschutzamt, drei Hauptzollämter (Hamburg-Hafen, Hamburg-Jonas und Hamburg-Stadt), ein Kreiswehrersatzamt, eine Oberfinanzdirektion, ein Prüfungsamt des Bundes, ein Wasser- und Schifffahrtsamt und ein Zollfahndungsamt. Weiterhin ist Hamburg Sitz der Europazentrale von Greenpeace.

Bildung und Forschung

Hauptartikel Hamburg/Bildung und Forschung Hamburg bietet unter seinen allgemein bildenden und beruflichen Schulen so renommierte wie die Gelehrtenschule des Johanneums, das Friedrich-Ebert-Gymnasium Harburg und das Christianeum Hamburg sowie viele Hochschulen und Forschungseinrichtungen – so die Universität Hamburg, die Technische Universität Hamburg-Harburg, die Hochschule für angewandte Wissenschaften und die Helmut-Schmidt-Universität der Bundeswehr.
Kultur und Sehenswürdigkeiten
Hauptartikel: Kultur in Hamburg unter anderem mit Theatern, Museen und Galerien. Hamburg hat über zehn Theater, diverse Kinos und Programmkinos, zahlreiche Musikclubs und über 50 Museen.
Bauwerke und Parks
In Hamburg galt wie in vielen anderen Städten Norddeutschlands Backstein als Grundbausubstanz. Zunehmend wird jedoch heute Stahl und Glas verwendet. Zu den bedeutendsten Bauwerken der Stadt gehören unter anderem: St. Michaelis („Michel“, das Wahrzeichen der Stadt), die anderen Hauptkirchen St. Petri, St. Nikolai, St. Katharinen und St. Jacobi sowie Rathaus, Hauptbahnhof, Bahnhof Hamburg-Dammtor , Landungsbrücken, Alter Elbtunnel, Köhlbrandbrücke, der 276 Meter hohe Fernsehsender Heinrich-Hertz-Turm, Planetarium, Chilehaus und die zahlreichen Passagen in der City. Der größte Sendemast des Rundfunksender Billwerder-Moorfleet des NDR ist mit 304 Metern Höhe das höchste Bauwerk von Hamburg. In Hamburg-Bergedorf befindet sich ein 137,5 Meter hoher Fernmeldeturm in Stahlbetonbauweise. ...mehr Sonstige Sehenswürdigkeiten beziehungsweise Attraktionen: Hamburger Fischmarkt, Hafen mit Speicherstadt, die Reeperbahn, Jungfernstieg, Hagenbecks Tierpark, Stadtpark, der Friedhof Ohlsdorf als Landschaftspark, Planten un Blomen, das