licht und dunkel im universum smp 2013 [automatisch ... · 4 programm einleitung kurze geschichte...
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Programm
EinleitungKurze Geschichte des UniversumsSymmetrie in der Physik
Expansion des Raumes
Kosmische Hintergrundstrahlung
Dunkle Materie (Energie)Axion-Experiment am CERNCAST: CERN Axion Solar Telescope
Ungelöste Rätsel
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Erzbishof James Usher (Ussher) 1581 -1655 Primas von Irland
Erschaffung des Universums in der Nacht zum Sonntag den 27 Oktober 4004 a.C.Genauere Nachforschung 9 a.m. Londoner Zeit oder 0:00 Ortszeit im Garten Eden.
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Planckzeit t ≤ 10-43
Sek.
Hierüber wissen wir nichts. Es fehlt eine Quantentheorie der Gravitation . Unterscheidung von Raum und Zeit in dieser Phase nicht sinnvoll
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t ≈ 10-43-10-34 sT ≈ 1032 K = 1019 GeV
Zunächst existiert eine einzige vereinheitlichte 'Urkraft'
(GUT…)
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10-32 s
Inflation beendet, "normale Expansion"
(Anti)Quarks und Gluonen
Gravitation, starke und elektroschwache Kraft
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t ≈ 10-12 Sek.
T ≈ 1015 K
Suppe von Quarksund Gluonen (QGP)Quarks und Antiquarks vernichten sich. Es entstehen viele Photonen. Der Überschuss (10-9) an Materie führt dazu, dass alle Antiquarks vernichtet werden. Es bildet sich ein Quark-Gluon Plasma
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Symmetrie in der Physik
Was kann ich alles anstellen, so daß dieAussage des physikalischen Gesetzes,oder das Ergebnis meines Versucheserhalten bleibt?z.B. Gravitationsgesetz
2R
mMF
⋅⋅= γ
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Emmy Noether
Born: 23 March 1882 in
Erlangen, Bavaria, Germany
Died: 14 April 1935 in
Bryn Mawr, Pennsylvania,
USA
Symmetry Coserved Quantity
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Paritätsverletzung in der schwachen Wechselwirkung
Gibt es Paritätsverletzung auch in der starken Wechselwirkung?
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CP-Problem der starken Wechselwirkung
Verletzung der CP-Symmetrie (ein Effekt der auch mit der Vorherrschaft von Materie über Antimaterie im Universum zu tun hat) wird in der schwachen Wechselwirkung beobachtet, aber nicht in der starken Wechselwirkung. Die Standard Theorie der starken WW fordert aberCP Verletzung!
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Ist das stat. el. Dipolmoment des Neutrons = O ?
Die auffälligste Konsequenz von CP Verletzung inder starken Wechselwirkung wäre das Auftreteneines statischen elektrischen Dipolmoments desNeutrons. Einfügen eines solchen Terms in dieGleichungen der Standard-QCD, ergibt einDipolmoment, das 10 Größenordnungen größerist als das beobachtete Dipolmomemt.
Bester experimenteller Wert dn < 10-26 e·cm
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This can be overcome by introducing afurther symmetry, the spontaneousbreaking of which yields the axion - aneutral pion-like particle that interactsvery feebly. Owing to their potentialabundance in the early universe,axions are also leading candidates forthe dark matter of the universe.
Lösung: Peccei- Quinn (1977)
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Axion : O- Pseudoscalar
Kandidat für Dunkle Materie: 10-6 eV/c2<ma<1.2 eV/c2
The AxionPhys. Rev. Lett40, 219 (1978)
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Urknall und Expansion des Universums
Woran kann man sehen, dass sich das Universum
ausdehnt ?
Stehen wir im Zentrum dieser Expansion?
Nun zurück zum
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Teleskop WMAP
Entfernung von der Erde: 1.5 Millionen Kilometer
Wilkinson Microwave Anisotropy Probe
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=1
2·
1: Virial Theorem (1. Semester Mechanik):
2: → ≈ 4.5 · 10
3: Vergleich mit der Leuchtkraft (L) ( Masse – Leuchtkraft Beziehung)
≈ 8.5 · 10
4:
!= " ≈ 500 im Vergleich zu
" = 1 − 7 (Normalbereich)
Es gibt also mehr Masse, als optisch sichtbar ist: Dunkle Materie
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Erster Hinweis auf Dunkle Materie: Clusters of Galaxies
Geschwindigkeiten von Galaxien in Clustern
Zwicky (1933) und Schmidt (1936) untersuchten in den30er Jahren die Geschwindigkeiten von Galaxien im Coma und Virgo ClusterResultat: 10 bis 100 fache
der erwarteten Geschwindigkeit
http://www.astro.queensu.ca/~dursi/dm-tutorial/cluster-sim.html
Dark Matter, Cosmology, and Large-Scale Structure of the Universe.htm
E:\Dokumente und Einstellungen\All Users\Desktop\Mozilla Firefox.lnk
45E:\Dokumente und Einstellungen\All Users\Desktop\Mozilla Firefox.lnk
http://www.michaelschultz.de/planeten/pixel.html
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Abstand zum Zentrum
=> Überdichte Dunkler Materie im Halo unserer Galaxie
~ 1a
lokale Dichte Dunkler Materie: 0.3 GeV/cm3 = 300.000 keV / cm3
Dunkle Materie: 500gr /
Hinweis auf Dunkle Materie
Messung der lokalen Dichte mit Rotationskurven
Rotations-geschwindigkeit
ΩMat
>
es gibt mehr Materie als wir sehen !
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(1) Germany, FreiburgAlbert-Ludwigs-Universität FreiburgHorst FISCHER, Juergen FRANZ , Fritz Hertbert HEINSIUS, Donghwa KANG, Kay KÖNIGSMANN
(2) Germany, FrankfurtApplied PhysicsVladimir ARSOV, Joachim JACOBY
(3) Germany, GarchingMax-Planck-Gesellschaft (MPG), Max-Planck-Institut für Extraterrestrische PhysikHeinrich BRAUNINGER, Jakob ENGLHAUSER
(4) Germany, MünchenMax-Planck-Institut für Physik, Werner-Heisenberg-InstitutRainer KOTTHAUS, Markus KUSTER, Gerhard LUTZ, Georg RAFFELT
(5) Germany, DarmstadtTechnische Universitat Darmstadt, Institut für KernphysikTheopisti DAFNI , Dieter HOFFMANN, Manfred MUTTERER, Thomas PAPAEVANGELOU, Hans RIEGE, Yannis SEMERTZIDIS
(6) Switzerland, GeneveEuropean Organization for Nuclear Research (CERN)Klaus BARTH, Martyn DAVENPORT, Rui DE OLIVEIRA, Fabio FORMENTI, Michael HASINOFF1, Igor IRASTORZA, Alfredo PLACCI, Laura STEWART, Bruno VULLIERME, Louis WALCKIERS
(7) Greece, ThessalonikiAristotle University of ThessaloníkiSpyridon DEDOUSSIS, Christos ELEFTHERIADIS, Anastasios LIOLIOS, Argyrios NIKOLAIDIS, Ilias SAVVIDIS, Vlasios VASILEIOU, Konstantin ZIOUTAS
(8) Greece, AthensNational Center for Scientific Research "Demokritos" (NRCPS)George FANOURAKIS, Theodoros GERALIS, Katerina ZACHARIADOU
(9) Italy, PisaScuola Normale Superiore (SNS)Luigi DiLella
(10) Russia, Moskva Russian Academy of Sciences, Institute for Nuclear Research (INR)Sergei GNINENKO, Nikolai GOLOUBEV
(11) Spain, Zaragoza Universidad de Zaragoza, Facultad de Ciencias, Instituto de Física Nuclear y Altas EnergíasJose CARMONA, Susana CEBRIAN, Gloria LUZON, Angel MORALES, Julio MORALES, Alfonso ORTIZ DE SOLORZANO, Marisa SARSA, Jose VILLAR
(12) United States of America, Chicago, Il University of Chicago, Enrico Fermi InstituteJuan COLLAR
(13) United State of America, Columbia, Sc University of South Carolina, Department of Physics and AstronomyFrank AVIGNONE, Richard CRESWICK, Horacio FARACH
(14) France, Gif-Sur-YvetteCentre d'Etudes de Saclay (CEA-Saclay), DAPNIAAlain DELBART, Ioanis GIOMATARIS, Samuel ANDRIAMONJE
(15) Croatia, ZagrebRuder Boskovic InstituteMilica KRCMAR, Ante LJUBICIC, B. LAKIC
Dunkle Materie: AXIONEN, …
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Sunset
Photon detectorsSunrise
Photon detectors
Sunset axions
Sunrise axions
Decomissioned LHC test magnet
Rotating platform
3 X-ray detectors
X-ray Focusing Device
Decomissioned LHC test magnet
Rotating platform
3 X-ray detectors
X-ray Focusing Device
Cern Axion Solar Telescope
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Tracking System:
Geeicht und korreliert mit Stern Koordinaten (GPS)
Tracking System:
Geeicht und korreliert mit Stern Koordinaten (GPS)
Zweimal jährlich (September&März) sehen wir die
Sonne im Fenster
Zweimal jährlich (September&März) sehen wir die
Sonne im Fenster
Richtg. Sonnenaufg.
Magnet, platform, cryogenics
2004 data analysisCCD/Telescope
• Spot position well determined
• Full sensitivity of telescope exploited
• Counts inside the spot compatible with background level
Tracking data Signal simulation
•No axion signal detected
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Die Axion-Photon-photon Kopplungs Konstante gαγγ ist die gleiche für beide
• Kaluza-Klein (KK) Axions:– Vorhersagen aufgrund neuer Theorien mit
extra-Dimensionen, vorgeschlagen als Erweiterung des Standard Modells
– Massen Spektrum aller angeregten Kaluza-Klein Zustände bis zu ~ 10 keV / c2
– relativ kurze Lebensdauer: τ ~ m-3
K. Dennerl
Axions kommen in zwei Sorten vor:
•Standard (Peccei-Quinn) Axionen:–Ähnlich dem sehr leichten neutralen pion (π0)–Ruhe Masse ~ 10-6.. 10-1 eV/c2
–Halbwertszeit viel länger als das Alter des Universums
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Es gibt viele Anzeichen für die Existenz Dunkler Materie im Universum
Wenn DM nicht relativistisch ist (CDM),
dann sollte sich diese Materie in Gravitations-
potentialen einfangen lassen
DM macht sich gravitativ bemerkbar
und sollte daher selbst der Grav.
unterliegen
was ist in unserer Nähe das stärkste Grav. Potential?
Wenn DM Teichen in Photonen zerfallen, dann sollten wir einen Strahlen Halo um
die Sonne sehen !...
... Gibt es so etwas wie einen Halo um die Sonne, den wir
nicht verstehen?
Ja !!
Die Sonne!
K. Dennerl
Allg. Überlegungen zur Dunklen Materie
71total solar eclipse 3 Nov 1994 Chile
Korona ist während einer totalen Sonnenfinsternis sichtbar
Erstmals als unverstandenes Problem Mitte des 19 Jhd. identifiziert
vorher als irdischer Smog oder Mondatmosphäre interpretiert (Kepler, Halley)
seit 1842: Spektroskopie Daten
1900, Ramsey: Anzeichen für ein auf der Erde unbekanntes Element: „Helium“
1939: Grotrian: „Coronium“ ist Strahlung von Fe X and Fe XIIITemperatur > 106 K
2005: Physikalisches Phenomen der Korona Temp. Nicht vollst. geklärt
Das Sonnenkorona Problem
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Gravitational lensing by the Sun of non-
relativistic penetrating particles
D.H.H Hoffmann, J Jacoby, K ZioutasAstroparticle Physics 01/2003; 20(1):73-78. DOI:10.1016/S0927-6505(03)00138-5