EINSTEIN UND DIE ILLUMINATI

Transkript

1 EINSTEIN UND DIE ILLUMINATI Antimaterie im Praxis-Test Rolf Landua CERN

2 ILLUMINATI in kürze Ein Thriller über den legendären Geheimbund von Wissenschaftlern und Freidenkern. Diese Illuminati......stehlen aus dem unterirdischen, 27 km langen LHC Beschleuniger im CERN -Labor in Genf ein Gramm Antimaterie......um den Vatikan zu vernichten, den alten Feind der Wissenschaft - - und des CERN. Antimaterie hat verblüffende Eigenschaften - 100% effiziente Umwandlung von Masse in Energie Phantasie? Wahrheit? Was ist richtig oder falsch?

3 FRAGEN ÜBER FRAGEN Existieren CERN und der LHC? Existiert Antimaterie? Wo und wie wird Antimaterie produziert? Ist Antimaterie die Energiequelle der Zukunft? Ist Antimaterie eine gefährliche Waffe? Warum das Interesse an Antimaterie? Hat Antimaterie einen praktischen Nutzen?

4 CERN Europäisches Labor für Teilchenphysik LHC = Large Hadron Collider: 27 km Umfang

5 CERN Gründung: 1954 Genf 2007: 20 Mitgliedsstaaten, 2600 Angestellte Budget: 650 Millionen Euro

6 CERN = Weltlaboratorium 7150 Gastwissenschaftler aus 85 Nationen

7 Ziele der CERN - Forschung Aus welchen Teilchen ist die Materie aufgebaut? Welche Felder halten die Teilchen zusammen? Wie sind Teilchen und Felder im Urknall entstanden? t

8 Wie funktioniert Teilchenphysik? 1 - Teilchen werden durch elektrische Felder beschleunigt... 1 ev = J Beschleunigungs-Hohlraum

9 und durch Magnetfelder auf eine Kreisbahn gebracht... Gegenläufige Protonenstrahlen... um den Teilchen ( Protonen ) bei jedem Umlauf etwas mehr Energie zu geben

10 LHC Tunnel 1232 (DIPOL) Magnete

11 3 - Dann werden die Protonen zur Kollision gebracht und di in einem Detektor werden die neuentstandenenteilchen nachgewiesen

12 ATLAS Detektor 25 m Hoch, 40 m Lang, 7000 t

13 Grössenvergleich ATLAS vs 6-Stöckiges Hotel

14 Energie wird zu Materie (und Antimaterie) die Bewegungsenergie der Protonen wird id(t (teilweise) i für die Produktion neuer Teilchen verwendet.

15 ZIEL der CERN-Forschung Welche Teilchen gab es kurz (~10-12 sec) nach dem Urknall? Simulation einer Kollision im LHC Ursprung der Masse von Teilchen - dunkle Materie?

16 Antimaterie Energie (z.b. Gamma-Strahlung) e - Masse Masse e - e + e + Paar-erzeugung

17 EXISTIERT ANTIMATERIE? JA Materie Antimaterie Elektron (-e) (1897) Positron (+e) (1932) Proton (+e) Antiproton (-e) (~ 1920) (1955) Neutron (±0) Antineutron (±0) (1932) (1956)

18 Analogien : teilchen - antiteilchen Positiv Negativ Beide Arten von Teilchen sind real

19 PAARERZEUGUNG UND -VERNICHTUNG

20 WAS IST EIN (ANTI-)TEILCHEN? Zwillingsbrüder: Gleiche Masse, entgegengesetzte Ladung Teilchen Ladung Masse [GeV] Anti-Teilchen Ladung Masse [GeV] Elektron Positron Proton Antiproton Neutron Antineutron

21 analogien

22 FALSCHE analogien Bush Anti-Bush? Materie und Antimaterie-Objekte wären (optisch) nicht unterscheidbar

23 PRODUKTION VON ANTIPROTONEN

24 die ANTIMATERIE - FABRIK ANTIPROTON DECELERATOR (AD) 188 m Umfang Antiprotonen werden: der t - produziert - gespeichert - gekühlt - von 96% auf 10% Lichtgeschwindigkei abgebremst ( GeV)

25 WIE FUNKTIONIERT DER AD? QuickTime and a MPEG-4 Video decompressor are needed to see this picture.

26 Ist Antimaterie die Energiequelle der Zukunft? 05k 0.5 kg 05k 0.5 kg Materie Anti-Materie 1 kg (300,000, m/s) 2 = J = 2.9 GW yr 100, Jahre VW Polo fahren ohne Auftanken!

27 KOSTEN der ANTIMATERIE-PRODUKTION 1 Gramm = Anti-Protonen 30 MW CERN - Produktion pro Tag: Antiprotonen (10-12 g) 10,000,000 / sec Energieverbrauch ~ 30,000 kw 24 h Kosten (10 6 kwh) ~ 100,000 1 g Antimaterie ~ 100 Billiarden

28 energie kann man nicht machen Energieproduktion Kohle, Erdöl: Wasserkraft: Solarenergie: Energieumwandlung g chemische Energie (Photosynthese,Sonne) Gravitationsenergie (Sonne) Kernfusion (Sonne) Uran: Spaltungsenergie (Supernova, ~ vor 6 Mia Jahren) Antimaterie als Energiequelle? UNGENÜGEND Energieerhaltung Antimaterie - Bergwerk?

29 ANTIMATERIE ALS WAFFE? 20 kt TNT = J 0.5 g Antimaterie g Materie Preis: 50 Billiarden Lieferfrist: ~ 3 Milliarden Jahre Antimaterie alswaffe? UNGENÜGEND

30 Antiproton Annihilation in einem Detektor ( Channel Plate ) QuickTime and a Motion JPEG OpenDML decompressor are needed d to see this picture.

31 ANTIMATERIE IN DER WISSENSCHAFT

32 ANTITEILCHEN-PRODUKTION Wenn Teilchen (z.b. Protonen) mit fast Lichtgeschwindigkeit kollidieren, wandelt sich ihre Bewegungsenergie in neue Teilchen um - 50% Teilchen, 50% Antiteilchen Theorie: Teilchen und Antiteilchen müssen perfekt symmetrisch sein! (Pauli, Lüders, Schwinger 1955)

33 Paul DIRAC* (1933) NOBEL-PREIS (* Theorie der Antimaterie) If we accept the view of complete symmetry between positive and negative electric charge so far as concerns the fundamental ll laws of fn Nature, we must regard di it rather as an accident that the Earth (and presumably the whole solar system), contains a preponderance p of negative electrons and positive protons. It is quite possible that for some of the stars it is the other way about, these stars being built up mainly of positrons and negative protons. In fact, there may be half the stars of each kind. The two kind of stars would both show exactly the same spectra, and there would be no way of distinguishing them by present astronomical methods. 1) Materie - Antimaterie - Symmetrie? 2) Antimaterie im Universum? 3) Antiwasserstoff-Spektrum?

34 IST DIE SYMMETRIE PERFEKT? Alle bisherigen Messungen sagen: JA. Im Vergleich: der Massen-Unterschied zwischen Elefant und Anti-Elefant wäre geringer als die Masse eines Sandkorns Proton-Masse = Antiproton-Masse auf 10 Dezimalstellen! Magnetisches Moment: 12 Dezimalstellen Ladung: 10 Dezimalstellen

35 Motivation der Antimaterie-Forschung Vor Millionen Jahren t ~ 0: Die gesamte Energie des Universums ist in einem winzigen Volumen konzentriert, das sich plötzlich auszudehnen beginnt. Kurz danach (~10-32 sec): Energie verwandelt sich in Masse. Materie : Antimaterie = 50 : 50 Bald darauf (~ sec): Die ganze Antimaterie ist verschwunden; die Materie hat die Annihilations-Schlacht gewonnen (1 Überlebender aus 10,000,000,000) ODER IST DOCH ANTIMATERIE ÜBRIG GEBLIEBEN?

36 kosmische sc antimaterie a e? In fernen Galaxien?? In unserem Auf dem Sonnensystem Mond?? Die primordiale Antimaterie scheint komplett verschwunden zu sein

37 EXPERIMENTE MIT ANTIMATERIE

38 EINFANG UND SPEICHERUNG

39 Das ATHENA Experiment am CERN Antiprotonen Positronen QuickTime and a Sorenson Video decompressor are needed to see this picture. Antiwasserstoff-Atome

40 Gibt es einen Unterschied? Wasserstoff-Atom Ziel Nummer 1: Anti-Wasserstoff-Atom Proton Elektron Anti- Proton Positron Vergleich der Energieniveaus von Wasserstoff und Antiwasserstoff mit extrem hoher Präzision (1:1,000,000,000,000,000) durch Laser-Spektroskopie

41 Ziel Nummer 2: Vergleich der Gravitationskonstante: fällt Antimaterie t i gleich schnell wie Materie?

42 athena experiment ATHENA Experiment (CERN): Erstmalige Produktion von mehr als 1 Million langsamer Antiwasserstoff-Atome t At

43 ANDERE KONSEQUENZ Dan Brown besucht CERN 1999 und schreibt Illuminati Der Leiter des ATHENA-Experiments Experiments wird zum Dämon des CERN ( Newton Magazin)

44 ANWENDUNGEN IN DER MEDIZIN

45 ANTIMATERIE IN DER MEDIZIN Positronen-Emissions-Tomography ( PET Scanner )

46 Tumor-Therapie mit Antiprotonen? Gamma-Strahlen Protonen Antiprotonen Antiprotonen dringen gleich tief wie Protonen in das Gewebe ein Annihilation steigert die Effizienz der Behandlung Im Test befindlich

47 Zusammenfassung Antimaterie ein perfektes (?) Spiegelbild der Materie wird idd durch Umwandlung von Energie in Masse erzeugt keine neue Energiequelle nur in minimalen Mengen (milliardstel Gramm) herstellbar Antiwasserstoff-Herstellung für Präzisionsmessungen gelungen Anwendungen in medizinischer Diagnostik und Therapie DANKE FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT