Urknall rückwärts: Experimente an den Grenzen der Physik. Peter Schleper Universität Hamburg
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- Chantal Schmid
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1 Urknall rückwärts: Experimente an den Grenzen der Physik Peter Schleper Universität Hamburg
2 Teilchen + Kräfte Entwicklung des Universums Grenzen der Naturgesetze 2
3 Wasser H2O heizen: Rückwärts in der Zeit Richtung Urknall 20 0 C flüssig - Molekül-Bindung C gasförmig - Hitze Energie Bewegung - Bindung löst sich auf - im Gas: 2500 km/h 3
4 Wasser auflösen o C - Wasser löst sich auf: 2 H20 O2 + 2 H o C - H2 H + H H H H + H o C - H Proton + Elektron + Photonen > o C - Sauerstoffkern löst sich auf: - O + Photonen 8 Protonen + 8 Neutronen 4
5 Erstes Licht im Universum Abkühlung des Universums Jahre nach dem Urknall - Proton + Elektron H + Photon - Streuung der Photonen, Ausdehnung des Universums Mikrowellen - Universum fast isotrop Anfänge der Galaxien N Photo des Universums Jahre nach Urknall S 5
6 Antimaterie & neue Teilchen o C einzelne Teilchen aus dem Kosmos - Positron e + Photon + Photon e - + e + E = m c 2, paarweise - Myonen μ - μ mal schwerer als Elektron Blasenkammer-Photo e + e - 6
7 Antimaterie & neue Teilchen o C einzelne Teilchen aus dem Kosmos - Positron e + Photon + Photon e - + e + - Myonen μ - μ mal schwerer als Elektron e - e + pro Sekunde Photonen (Beleuchtung) - 10 Millarden Neutrinos (Sonne) - 1 Myon (Kosmos) je 100 cm 2 7
8 Teilchen-Beschleuniger LHC CERN: Europäisches Zentrum für Teilchenphysik in Genf LHC: Proton-Proton Kollisionen entspricht oc Geschwindigkeit: - 99, % von c - klassisch: 117 c 8
9 Teilchen-Beschleuniger am CERN 9
10 Teilchen-Experimente 10
11 Film: 11
12 Teilchen-Experimente Proton - Proton viele Teilchen + Antiteilchen Quarks 12 Proton
13 Entdeckung: Higgs Photon + Photon 13
14 Standard-Modell der Teilchen Proton, Neutron - nicht elementar - bestehen aus Quarks Masse von allen Teilchen entsteht durch Higgs Teilchen!? - 3 x 2 Quarks, 3 x 2 Leptonen - 3 Kräfte, Higgs + Antiteilchen 14
15 Standard-Modell der Teilchen Vorhersagen erfolgreich - neue Teilchen - Tausende von Messergebnissen - 18 Nobelpreise seit 1963 Gibt es weitere Teilchen? - müssten sehr schwer sein - Higgs: nur mit anderen Eigenschaften Sind alle Teilchen elementar? - Ausdehnung < Proton / Higgs? Warum drei Kräfte? - Gravitation? Kürzeste Zeitdauer + Antiteilchen Sekunden - Energie-Zeit Unschärfe beim Z 15
16 . 16
17 Dunkle Materie im Kosmos Antimaterie - verschwunden? Galaxie NGC6503 Galaxien - zu wenig Masse sichtbar - drehen zu schnell Fliehkraft Auflösung - Cluster von Galaxien - Kollisionen von Galaxien Dunkle Materie - nicht sichtbar - Masse groß > Higgs 17
18 Kritik der Standard Modelle Standard-Modell der Teilchen Dunkle Materie - Neue neutrale Teilchen - höchstens schwache Kraft - stabil seit Mrd. Jahren Standard-Modell der Kosmologie - Antimaterie verschwunden - Dunkle Materie - Dunkle Energie - Inflation 18
19 Zusammenfassung Teilchen & Kosmologie Higgs? - Quantenphysik sollte Entwicklungsphasen des Universums erklären - Antimaterie, Dunkle Materie - Higgs als möglicher Schlüssel? - neue Experimente! 19
20 Quellen leifiphysik.de 20
21 Eigenschaften der Teilchen: Masse Nobelpreis 2013 Postulat von R. Brout, F. Englert, P. Higgs (1964): - Neue Eigenschaft des Vakuums: Feld, das selbst im Vakuum nicht Null ist - Teilchen reagieren mit diesem Feld und werden dadurch abgebremst - Bewegung der Teilchen so, als hätten sie Masse - Masse erklärt als Kraftkonstante Nachweis: - Anregung des Higgs Feldes Higgs - Teilchen - Analogie: Bewegung durch Wasser 21
22 Dunkle Materie an Beschleunigern - Proton-Proton Dunkle Materie + Quarks - Unterschied zu Neutrinos? - Higgs Masse der Dunklen Materie? - LHC / neuer e + e - oder pp Beschleuniger direkter Nachweis - elastische Streuung - wenig Energie! LUX 22
23 Dunkle Materie im Kosmos Dunkle Materie Teilchen + Antiteilchen - Zahl Antiprotonen, Positronen << Protonen, Elektronen - möglich auch durch Pulsare,? 23
24 Chemische Elemente > o C - Sauerstoffkern löst sich auf: O + Photonen 8 Protonen + 8 Neutronen - Protonen, Neutronen, Elektronen und Photonen periodisch wegen Quantenphysik Grenze für schwere Elemente: - Gleichgewicht: elektrische Abstoßung zwischen Protonen - Starke Kraft (anziehend) zwischen benachbarten Protonen & Neutronen 24
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