Wieviele Dimensionen hat die Welt?

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Harry Arnold
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1 Wieviele Dimensionen hat die Welt? Prof. Carlo Ewerz ExtreMe Matter Institute EMMI, GSI & Universität Heidelberg Weltmaschine Darmstadt, 3. September 2011

2 by D. Samtleben

3 by D. Samtleben

4 by D. Samtleben

5 Rätselhafte Gravitation Warum ist die Gravitation so schwach? andere Wechselwirkungen: Faktor

6 Elektrische und Gravitationskraft wären gleich groß, wenn Elektron größere Masse hätte mal Planck-Masse GeV/c 2 entspricht Planck-Länge m Am LHC erreichbar: m

8 Elektromagnetische, schwache und starke Wechselwirkung lassen sich durch Quantentheorie beschreiben Standardmodell Aber: Für Gravitation ist das nicht möglich! String-Theorie als einziger Kandidat für Vereinheitlichung Aber: Das geht nur in 10 Dimensionen!

9 Lösung: Kompaktifizierung auf Radius m! Beispiel: Gartenschlauch

10 Gravitation in höheren Dimensionen 3 Raumdimensionen: Feldlinien

11 4 Raumdimensionen: In mehr Dimensionen wird die Gravitation schon bei größeren Abständen so stark wie die elektrische Kraft. Vereinheitlichung bei m möglich!

12 Große Extra-Dimensionen... aber das Gravitationsgesetz ist doch. Aber nur bei großen Abständen! 1 R 2

13 Wieviel Extra-Dimensionen sind möglich? δ=1: L Abstand Sonne - Erde zu groß! δ=2: L 1 mm möglich (vielleicht gerade noch...) (Es gibt auch noch kompliziertere Möglichkeiten mit einer Extra-Dimension.) All dies ist überprüfbar! Suche nach Abweichungen vom bekannten Gravitationsgesetz!

14 Warum sehen wir davon nichts? Unser Universum ist eine 3-dimensionale Membran! Alles außer der Gravitation kann sich nur auf der Membran bewegen.

15 bzw. im Großen: Energie kann als Gravitonen in die Extra-Dimensionen abgegeben werden!

16 Sagenhafte Möglichkeiten Parallel-Universen?!

17 Parallel gefaltetes Universum?! beobachtbare Konsequenzen! mögliche Erklärung für Dunkle Materie,...

18 Urknall und Extra-Dimensionen? Urknall: vor 13.7 Milliarden Jahren haben Raum und Zeit begonnen

19 Die Geschichte des Universums

20 Licht vom Anfang des Universums

21 Urknall als Kollision mit einem Parallel-Universum from Science News ekpyrotisches (zyklisches) Universum

22 Und das soll ich glauben? Glauben: andere Fakultät! In der Naturwissenschaft entscheidet das Experiment!

23 Naturwissenschaftliche Methode früher: heute zusätzlich:

24 Naturwissenschaftliche Erkenntnis basiert nicht auf Glauben oder Mode. Die Erkenntnisse und Messungen werden immer weiter verbessert. Physikalische Erkenntnisse werden nicht plötzlich "falsch".

25 Katie Melua

26 Katie Melua Nine Million Bicycles

27 Nine Million Bicycles We are twelve billion light years from the edge. That's a guess, No one can ever say it's true, But I know that I will always be with you. Katie Melua

28 Nine Million Bicycles We are twelve billion light years from the edge. That's a guess, No one can ever say it's true, But I know that I will always be with you. Simon Singh

29 the guardian, Friday, 30 September 2005: Katie Melua's bad science Simon Singh

30 Nine Million Bicycles We are 13.7 billion light years from the edge of the observable universe, That's a good estimate with well-defined error bars, And with the available information, I predict that I will always be with you. Simon Singh

31 Nine Million Bicycles We are 13.7 billion light years from the edge of the observable universe, That's a good estimate with well-defined error bars, And with the available information, I predict that I will always be with you. Katie Melua

32 Kann man das denn auch testen? Experimente am LHC!!! Proton-Proton Streuung bei 14 TeV

35 LHC 27 km Umfang, 100 m unter der Erde 1232 Dipolmagnete Magnete supraleitend, mit flüssigem Helium gekühlt (-271,3 ⁰C) Liter Helium im Einsatz

37 LHC Energie in den Protonstrahlen: wie zwei ICE-Züge mit 150 km/h Energie pro Proton-Proton-Kollision: wie zwei Mücken Geschwindigkeit der Protonen: 99, % der Lichtgeschwindigkeit

38 LHC Protonen machen Umläufe pro Sekunde 600 Millionen Kollisionen pro Sekunde Protonenstrahlen sind 35 μm dünn erzeugte Datenmenge: GB pro Jahr ( Stapel von CDs mit 20 km Höhe)

40 Wie man einen Detektor baut... (z.b. ATLAS)

46 Kann man das denn auch testen? Experimente am LHC!!! Proton-Proton Streuung bei 7 TeV (später: 14 TeV) Dabei möglich: Erzeugung von Gravitonen und mikroskopischen schwarzen Löchern Verschiedene Signaturen: fehlende Energie Vertexversatz typische Ereignisse wie z.b. resonante Gravitonerzeugung

47 typisches Signal einer Gravitonresonanz: Events/4 GeV Signal SM e + e - Pair Mass (GeV) aus: B.R. Webber, How to find the fifth dimension

48 Zerfall eines Mini Schwarzen Lochs (Simulation)

49 Extra-Dimensionen: erste Resultate vom LHC Ein Ereignis mit 10 Jets! Ein Mini Schwarzes Loch??

50 Extra-Dimensionen: erste Resultate vom LHC Ein Ereignis mit 10 Jets! Ein Mini Schwarzes Loch??

51 Extra-Dimensionen: erste Resultate vom LHC Bisher kein Nachweis von schwarzen Löchern! Events / 100 GeV N! 4 Data Background Uncertainty = 1.5 TeV, M M D M D M D = 2.0 TeV, M = 2.5 TeV, M min BH min BH min BH = 4.5 TeV, n = 6 = 4.0 TeV, n = 4 = 3.5 TeV, n = 2 b)! (pb) Theoretical Cross Section M D = 2.5 TeV, n = 2 M D = 2.0 TeV, n = 4 = 1.5 TeV, n = 6 M D Non-rotating Black Holes M D = 2.5 TeV, n = 2 M D = 2.0 TeV, n = 4 = 1.5 TeV, n = 6 M D CMS Preliminary -1 s = 7 TeV, 1.09 fb S T (GeV) CMS Preliminary -1 s = 7 TeV, 1.09 fb min M BH (TeV) Die Suche nach Extra-Dimensionen geht weiter... mit mehr Daten und mehr Energie!

52 Danke für Ihr Interesse!

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