Extreme Materie: Vom Heißesten, Kältesten und

Dichtesten im Universum

Carlo Ewerz

ExtreMe Matter Institute EMMI, GSI Darmstadt

& Universität Heidelberg

Saturday Morning Physics, TU Darmstadt, 8. Dezember 2012

ExtreMe Matter Institute

Die Partner von EMMI

Forschung bei EMMI

• Quark-Gluon-Plasma

• Kalte Quantengase und Atomphysik

• Neutronenmaterie

• elektromagnetische Plasmen

• ... und deren Zusammenhänge!

Das Heißeste im Universum

Quark-Gluon-Plasma

• Protonen und Neutronen bestehen aus Quarks!

• Gluonen halten sie fest zusammen. (Confinement)

• Sie haben heute selber up- und down-Quarks mitgebracht!

Wo sind die Quarks?

Quark-Gluon Plasma

Wie haben sich Quarks und Gluonen Mikrosekunden nach dem Urknall verhalten?

bei hoher Temperatur:Quark-Gluon Plasma

Erzeugung desQuark-Gluon-Plasma:

Kollisionen schwerer Ionen

LHC

Large

Hadron

Collider

groß: 27 km Umfang

Protonen, Bleikerne

werden beschleunigt und kollidieren

Alice-Detektor

Spuren des Quark-Gluon Plasma am LHC

Das Quark-Gluon Plasma ist eine Flüssigkeit!

charakteristischeAusdehnung:

Das Kälteste im Universum

Kalte Quantengase

Bose-EinsteinKondensat

300 K:Atome verhaltensich wie Kugeln

0.000 001 K:Wellennaturwird wichtig

0.000 000 01 K:Atome schwingen

im Gleichklang

Ultrakaltes Fermi-Gas:Expansion

Das Dichteste im Universum

Neutronensterne

Bei einer Supernova...

24. Februar 1987SN1987a

... explodiert ein Sterneinige Jahre später:

Supernova von 1054 AD: - heute der Krebsnebel

Der Überrest kann zu einem Neutronenstern werden.

• kompakter Stern aus Neutronen• Radius ca. 10 km• 1-2 Sonnenmassen

dichtestes Material im Universum:1 ccm hat Gewicht wie

ein Eiswürfel mit 1 km Seitenlänge

Wo kommen die schwerenElemente her?

Elementenentstehung

• Beim Urknall: nur H, He (+ wenig Li, Be)• In Sternen: Elemente bis Eisen (z.B. Kohlenstoff), wenig schwere Elemente• In Supernovae: Großteil der schweren Elemente

Wir sind alle Sternenstaub!

Neutronenreiche Materie -Untersuchung im Labor

• Elementenentstehung: viele neutronenreiche Kerne involviert

Und was hat das allesmiteinander zu tun?

Viel mehr als man denkt!

wichtiger Aspekt:stark gekoppelte Vielteilchensysteme

gemeinsame theoretische Konzepte

Die kälteste und die heißesteMaterie im Universum

sind die perfektesten Flüssigkeiten!

➞ extrem kleine Viskosität(genauer: Viskosität/Entropie)

Viskosität

F = ηAdv

dy

Viskosität

große Viskosität: Pech

längstes Experimentin der Physik (1927 - )

bisher 8 Tropfen

U Queensland

große Viskosität: Pech

längstes Experimentin der Physik (1927 - )

bisher 8 Tropfen

U Queensland

große Viskosität: Pech

längstes Experimentin der Physik (1927 - )

bisher 8 Tropfen

U Queensland

Livebild Webcam

siehehttp://smp.uq.edu.au/content/pitch-drop-experiment

kleine Viskosität: supraflüssiges Helium

Video unterhttp://www.youtube.com/watch?v=9pQwemGQ_gE

Viskosität und AusdehnungQuark-Gluon Plasma kaltes Quantengas

perfekteste je beobachtete Flüssigkeiten!

Stringtheorie beschreibtQuark-Gluon Plasma & kalte Quantengase

Danke für Ihr Interesse!