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Warum ist nicht nichts?
24. Oktober, 2015 Frank Rathmann Science College
Haus Overbach, Barmen
Wieso ist nicht nichts? 2
Evolution des Universums
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Wieso ist nicht nichts? 3
Woher kommt die Materie im Universum?
Das SchicksalDer Antimaterie ?
Wieso ist nicht nichts? 4
Aber: Eigentlich sollte es wegen derTeilchen – Anti-Teilchen Vernichtung in Strahlungauch keine Materie geben:
Das Rätsel unserer [email protected]
Wieso ist nicht nichts? 5
Aufbau der Materie:Vom Großen zum Kleinen
Elektro-Magnetismus
Starke WW
Gravitation
6
Starke Wechselwirkung, Kernkraft
proton neutron
10− 14m
quarks
10–10 m
Größenvergleich
10–14 m
Electron (-)
Nucleus (+)
cherry stone
[email protected] Wieso ist nicht nichts?
Wieso ist nicht nichts? [email protected]
Suche nach Antimaterie
Bisher kein Nachweis von Anti-Helium oder Anti-Kohlenstoff Kernen
Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) auf der Internationalen Raumstation (ISS)
Wieso ist nicht nichts? 9
Ungelöste Fragen: Jenseits des Standard Models
1. Warum beobachten wir Materie und fast keine Antimaterie, wo wir doch annehmen, dass es eine Symmetrie zwischen beiden im Universum gibt?
2. Was ist diese dunkle Materie, die wir nicht sehen können, und die doch sichtbare gravitative Effekte im Kosmos zeigt?
3. Warum kann das Standard Model keine Teilchenmassen vorhersagen?
4. Sind Quarks und Leptonen tatsächlich fundamental, oder bestehen sie aus noch fundamentaleren Teilchen?
5. Warum gibt es genau drei Generation von Quarks und Leptonen? Wie passt die Gravitation da hinein?
From http://particleadventure.org/beyond_start.html
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Symmetrien
Parität:
𝑷 :(𝒙𝒚𝒛 )→(− 𝒙−𝒚− 𝒛 )
C-Parität: Ändert das Vorzeichen aller quantisierten Ladungen:
• Elektrische Ladung,• Baryonenzahl,• Leptonenzahl,• Flavor Ladung, • Isospin (3rd-Komponente)
T-Symmetrie 𝑻 :𝒕→− 𝒕
Physikalische Gesetze sind invariant gegenüber bestimmten Transformationen
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• Parität (Punktspieglung)• Zeitumkehr (Prozess läuft rückwärts)• Ladungskonjugation (Teilchen-Antiteilchen)
Symmetrien
Wieso ist nicht nichts? 13
�⃗�=𝒒 ∙ �⃗�
Ladungsseparation produziert ein elektrisches Dipolmoment
Definition
Beispiel:
Wassermolekül: permanentes EDM(Degenerierter Grundzustand aus
Zuständen unterschiedlicher Parität)
Elektrische Dipolmomente (EDMs)
14
Ladungssymmetrie kein EDM ()
Besitzen Teilchen (Elektron, Nucleon, …) ein EDM?
[email protected] Wieso ist nicht nichts?
: MDM: EDM
Fundamentale Teilchen
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Suche nach Elektrischen Dipolmomenten
A. Sakharov (1967): Kombinierte Symmetrie muss verletzt sein, um den Materieüberschuss zu erklären.
Verletzung der -Symmetrie kann verantwortlich sein für die Existenz elektrischer Dipolmomente bei elementaren Teilchen.
Elektrische Dipolmomente könnten am Beschleuniger COSY/Jülich nachgewiesen werden
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Die Suche nach Elektrischen Dipolmomenten (EDM) fundamentaler Teilchen ist ein eher langwieriges Unterfangen
Adapted from: Nature, Vol 482 (2012)
Beispiel: Neutron (nEDM)
Präzisionsgrenze
[email protected] Wieso ist nicht nichts?
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EDMs sind sehr klein!
Oberes Limit Separation Durchmesser eines Haares ()
expand
Nukleon Erde
1 fm
+-
Präzisionsgrenze
fm
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Spin-polarisierte Teilchen, die gespeichert werden können und deren Polarisation man über lange Zeit beobachten kann.
polarisiertunpolarisiert
COSY Beschleuniger in Jülich als Spin Laboratorium
Was braucht man:
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Neu: Suche nach EDMs von geladenen Teilchen () in Speicherringen
Ziel:10-3 x nEDMObergrenze
Idee: Beobachtung der zeitlichen Änderung der Spin-Richtung eines polarisierten Teilchenstrahls
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Vom COSY (Kühler- und Speicherring) am FZJ …… zu einem neuartigen Präzisions-Speicherring mitzwei gegenläufigen polarisierten Teilchenstrahlen:
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Schicksal der Antimaterie –Wieso existieren wir?
Suche nach neuer CP-Verletzung
Neu: EDM von geladenen Teilchen – Präzision; [email protected]
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Georg Christoph Lichtenberg (1742-1799)
“Man muß etwas Neues machen, um etwas Neues zu sehen.”
[email protected] Wieso ist nicht nichts?
