Dunkle Materie & Dunkle Energie: die unbekannten 95% des Universums

Transkript

1 Dunkle Materie & Dunkle Energie: die unbekannten 95% des Universums Dr. J. Olzem 1. Physikalisches Institut B, RWTH Aachen Abend der Naturwissenschaften Anne-Frank-Gymnasium Aachen 14. November 2008

2 Hubble "Ultra Deep Field" ca Sterne Galaxien auf einer winzigen Fläche des Himmels Hubble Weltraumteleskop Zahl der Sterne im Universum:

3 Die Bestandteile des Universums 75 % Dunkle Energie (??) 21 % Dunkle Materie (?) 4 % "Gewöhnliche Materie"

4 Woher wissen wir das? Bei den Sternen in einer Galaxie funktioniert das ähnlich: Geschwindigkeit Die äußeren Planeten drehen sich langsamer um die Sonne als die inneren. erwartet Abstand vom Zentrum

5 Woher wissen wir das? Bei den Sternen in einer Galaxie funktioniert das ähnlich: Geschwindigkeit Die äußeren Planeten drehen sich langsamer um die Sonne als die inneren. gemessen erwartet Abstand vom Zentrum Die Sterne bewegen sich viel schneller als erwartet Galaxien müssen sehr schwer sein!

6 Woher wissen wir das? Galaxienhaufen Manche Galaxienhaufen kann man "wiegen". Entfernte Galaxie Masse Galaxien Dunkle Materie "Einstein-Ringe"

7 Die kosmische Hintergrundstrahlung URKNALL (14 Milliarden Jahre) WMAPExperiment HEUTE Die Mikrowellenstrahlung aus der Zeit kurz nach dem Urknall kann man heute noch messen. Himmelskarte

8 Die kosmische Hintergrundstrahlung URKNALL (14 Milliarden Jahre) WMAPExperiment HEUTE Die Mikrowellenstrahlung aus der Zeit kurz nach dem Urknall kann man heute noch messen. MikrowellenHimmelskarte

9 Die kosmische Hintergrundstrahlung SCHWERKRAFT LICHT DUNKLE MATERIE SCHWERKRAFT Anzahl der Flecken Die Mikrowellen sehen nicht in jeder Richtung gleich aus: man kann "Flecken" erkennen. große Flecken kleine Flecken

10 Das große kosmische Rätsel Die kosmische Hintergrundstrahlung verrät uns: 21 % Dunkle Materie 4% "Normale" Materie 75 % bleiben übrig. Wir nennen dies "Dunkle Energie". Dunkle Materie und Dunkle Energie müssen völlig anders sein als alles was wir bisher kennen!

11 Der Aufbau der (normalen) Materie Substanz Atom Elementarteilchen Grundbausteine der Materie: Atomkerne bestehen aus den Quarks u und d Das Elektron e bildet den elektrischen Strom Atomkern Proton Nach dem HiggsTeilchen H suchen wir noch... Licht besteht aus den Photonen γ

12 Dunkle Materie - was könnte das sein? "Normale" Teilchen SUSY Partner

13 Dunkle Materie - was könnte das sein? "Normale" Teilchen Möglicherweise hat jedes Elementarteilchen einen "Partner". Diese Theorie nennt man Supersymmetrie (SUSY). SUSY-Partner

14 Dunkle Materie - was könnte das sein? "Normale" Teilchen Möglicherweise hat jedes Elementarteilchen einen "Partner". Diese Theorie nennt man Supersymmetrie (SUSY). SUSY-Partner Das "Geisterteilchen" (Neutralino)

15 Seltsame Geisterteilchen Geisterteilchen wären: schwer häufig unsichtbar Die Dunkle Materie könnte aus Geisterteilchen bestehen!

16 Neutralino-Annihilation Geisterteilchen Geisterteilchen könnten sich in "normale" Teilchen verwandeln: (Neutralinos) "normale" Teilchen Teilchendetektor

17 Teilchendetektoren im Weltraum "Normale" Teilchen aus dem Weltraum werden zerstört, wenn sie auf die Erdtmosphäre treffen. AMS-01 Man muß den Teilchendetektor ins Weltall bringen!

18 AMS-01 auf dem Space Shuttle: 10 Tage in der Umlaufbahn Space Shuttle Discovery 1998 AMS-01 Detektor e Ein Präzisionsgerät: 1/10 mm genau gebaut!

19 AMS-01 auf dem Space Shuttle Raumstation MIR

20 Ergebnisse von AMS-01 e u d Anzahl der Teilchen Dunkle Materie? gemessen erw langsame Teilchen art et schnelle Teilchen

21 AMS-02 auf der Internationalen Raumstation ISS (2010)

22 AMS-02 auf der ISS Teile des Detektors wurden in Aachen entwickelt und gebaut. AMS-02

23 Das Ballonexperiment PEBS Spitzbergen 40 km über der Erde

24 Dunkle Materie am LHC

25 Das unbekannte Universum 75 % Dunkle Energie 21 % Dunkle Materie 4% "Normale" Materie Dunkle Materie aus "Geisterteilchen"? Dunkle Materie am LHC? Teilchendetektoren im Weltraum

26 - Anhang -

27 Kann man Geisterteilchen sehen? Die Soudan-Mine in Minnesota/USA: ein Untergrundlabor Detektor für Neutralinos

28 Teilchen im Erdmagnetfeld Das Magnetfeld der Erde zwingt herumfliegende Teilchen auf seltsame Bahnen. Simulierte Flugbahn Computer im CERN (Genf)