Nobelpreis für Physik 2006

Transkript

1 Nobelpreis für Physik 2006 für die Bestätigung, dass das Spektrum der Hintergrundstrahlung dem Planckschen Strahlungsgesetz eines schwarzen Körpers gehorcht und zum anderen für die Entdeckung der Anisotropie des kosmischen Mikrowellenhintergrunds. John C. Mather George Fitzgerald Smoot III

2 Biographie Smoot * 20. Februar 1945 als Kind Interesse an Physik Arbeit/Studium 1966 Bachelorabschluss in Mathematik und Physik am MIT

3 1970 Fertigstellung seiner Doktorarbeit über den Zerfall subatomarer Elementarteilchen Teamarbeit für Nobelpreisträgers Luis W. Alvarez an der University of California in Berkeley forschte am NASA-Projekt HAPPE Ziel: Finden eines Experiments, als Beweis der Urknalltheorie

4 1976 sollte Smoot für die NASA einen Satelliten zur Messung der kosmischen HGS entwickeln Smoots Team fertigte einen Detektor, der Anisotropien im Mikriowellenhintergrund vermessen konnte Differentielles Mikrowellenradiometer (DMR Differential Microwave Radiometer)

5 1989 Wird der DMR mit dem Satellit COBE in die Umlaufbahn der Erde geschossen 4 Jahre lang sammelt er Daten zur Anisotropie der kosmischen HGS Temperaturschwankungen in der HGS ( )

6 2006 bekommt Smoot gemeinsam mit Mather den Nobelpreis für Physik 2009 hat Smoot eine Gastauftritt in The Big Bang Theory 2009 gewinnt Smoot in Are you smarter than a 5th Grader als zweiter aller Teilnehmer 1 Million Dollar

7 Biographie Mather * Virginia Eltern waren Wissenschaftlich interessiert und tätig Als Kind ist er fasziniert von Fossilien Als Teenager kommt er zu den Naturwissenschaften

8 Studiert in Swarthmore Promoriert in Berkeley Sein Vorbild ist Richard Feynman Will Elementarpartikel Physik machen Ab den 1970er beschäftigt er sich mit CMBR

9 Arbeitet am COBE Projekt mit Nobelpreis zusammen mit Smoot Nach COBE bleibt er bei der NASA Projektleiter beim James Webb Space Telescope (JWST)

10 COBE Cosmic Background Explorer Satellit der NASA zur Untersuchung der kosmischen Hintergrundstrahlung 1974 wurde das Projekt ausgeschrieben 1976 wurden drei Messgeräte ausgewählt und die Gruppen zusammengestellt 1977 wurde der Name vorgeschlagen 1989 wurde COBE ins Weltall geschossen

11 Instrumente DMR Differential Mikrowellen Radiometer (Smoot) Messung der Anisotropie DIRAS Fernes Infrarot absolut Spektrophotometer (Mather) Messung des Spektrums DIRBE Diffuse Infrarot Hintergrund Experiment (Hauser) Messung von Staubemissionen im All

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13 Anisotropie

14 Anisotropien sind Unterschiede in der Temperatur der Hintergrundstrahlung COBE entdeckte eine sehr kleine Anisotropie der CMBR Größte Abweichung von 0,001 % Entsprachen der theoretischen Vorhersagen Urknalltheorie

15 Schwarzkörper Strahlung

16 Schwarzer Körper Idealisierter Körper Nimmt jede elektromagnetische Strahlung jeder Wellenlänge auf Sendet thermische Strahlung mit bestimmter Intensität aus Kurve wird durch das Plancksche Strahlungsgesetz beschrieben u(ω) = C ω 3 e ω kt 1

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18 Hohlraumstrahlung Nicht abhängig von Material, Beschaffenheit der Wände und dem Volumen Homogen, isotrop und unpolarisiert CMBR ist annähernd eine Hohlraumstrahlung bei ± K

19 Messung der Hintergrundstrahlung Auf der Erde Erdatmosphäre absorbiert Strahlung Messung ist nur in wenige Richtungen möglich Beweis der Urknalltheorie ist schwierig Im Weltall Strahlung wird nicht durch Erdatmosphäre absorbiert Messung ist in allen Richtungen möglich Beweis der Urknalltheorie realistischer

20 COBE George Smoot - Messung der Anisotropie John Mather - Messung des Spektrums insgesamt über 1000 Mitwirkende 1989 wird die Rakete für COBE gebaut

21 COBE wird ins All geschossen 9 Minuten später registrierte COBE die fast perfekte Kurve der Schwarzkörperstrahlung

22 Temperaturschwankungen als Hinweis darauf wie sich das Universum entwickelt hat Temperaturunterschied von 1000 C erwartet 1 später wegen Beeinflussung dunkler Materie nur mehr C Temperaturunterschied erwartet COBE wurde umgebaut

23 geringe Abweichungen waren schwer von irrelevanten Störungen zu unterscheiden 1992 wurden die Ergebnisse veröffentlicht sie entsprachen exakt den unsicheren Messergebnissen auf der Erde

24 COBE Aufbau COBE hat 6 Trichter (Hörner), sie messen in unterschiedliche Richtungen und zu verschiedenen Wellenlängen korrigieren gleichzeitig etwaige Störungen jeder Trichter tastet 7 des Himmels ab ije kleiner die vermessenen Winkel, desto höher die Auflösung des Bildes (WMAP)

25 Karte nach mehrfacher Messung aller Himmelspunkte und Eichung Die voll geeichten COBE - Daten geben im ersten Ansatz einen homogenen leuchtenden HImmel mit einer Strahlungstemperatur (Planck) von 2, 725 ± 0, 002 K wieder. Die verwendete Helligkeitsskala läuft von 0 bis 4 K.

26 Der homogen leuchtende Himmel hat eine dipolartige 1 Inhomogenität von nur etwa 1000 der Helligkeit der Strahlung ( T = 3.353mK). Sie wird von unserer Bewegung im Raum relativ zu Hintergrundstrahlung verursacht.

27 Nach Abzug des Dipols sieht man nun Fluktuationen kleiner der Intensität ( T = 0, 018mK). als Der helle rote Gürtel kommt vom Strahlungsbeitrag des kalten Staubes

28 Karte nach Abzug der Störungen durch kalten Staub und etwaige andere Störfaktoren Rückschlüsse auf das frühe Universum sind möglich.

29 Interpretation Gebiete niedriger Temperatur Verbindungen entstehen leichter Strahlung ist früher möglich Gebiete höherer Temperatur Verbindungen entstehen schwerer Strahlung ist noch nicht möglich