materie , anti- materie en donkere materie
DESCRIPTION
Materie , anti- materie en donkere materie Zoektocht naar de elementaire bouwstenen van de Natuur Niels Tuning ( Nikhef ). Zoektocht naar de elementaire bouwstenen van de Natuur. Machten van tien …. Heelal 10 26 m. Mens 10 0 m. Melkweg 10 21 m. Atoom 10 -10 m. Zonnestelsel - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Materie, anti-materie en donkere materieZoektocht naar de elementaire bouwstenen van de Natuur
Niels Tuning (Nikhef)
Zoektocht naar de elementaire bouwstenen van de Natuur
Machten van tien …
Heelal 1026 m
Melkweg1021 m
Zonnestelsel 1013 m
Aarde 107 m
Mens100 m
Atoom 10-10 m
Kern10-15 m
Botsingen10-18 m
Reis naar het allerkleinste…
Machten van tien …
Heelal 1026 m
Melkweg1021 m
Zonnestelsel 1013 m
Aarde 107 m
Mens100 m
Atoom 10-10 m
Kern10-15 m
Botsingen10-18 m
AstronomieAstronomie Deeltjes fysicaDeeltjes fysica
Elementaire deeltjes fysica
Vragen die de mensheid al 2000 jaar bezighouden: Wat zijn de bouwstenen van de materie ? Welke krachten werken op deze bouwstenen ?
Demokritosatoom
Newtonkrachten
Maxwellelectromagnetisme
Einsteinvan alles…
400 400 v.Chr.v.Chr. 16871687 18641864 19051905
Zoektocht naar de elementaire bouwstenen van de Natuur
Waar bestaat het heelal uit?
Waar bestaat het heelal uit?
Waar bestaat het heelal uit?
0% ANTI MATTER
Slechts 4% is normale materie…
Wat is de donkere materie ?
Wat snappen we niet?
0% ANTI MATTER
Waar is deanti materie ?
Donkere energie??
Wat snappen we al helemaal niet??
0% ANTI MATTER
Donkere energie…
Zorgt dat het heelal versneld uitdijt! (en dus voor altijd?!)
Pas 10 jaar bekend! 1998: supernova’s verder weg dan hun ouderdom (helderheid) doet vermoeden 2003: achtergrondstraling: samenspel van materie en donkere energie bepaalt klontering van heelal
“the biggest blunder I ever made in my life”
kosmologische constante van Einstein
0% ANTI MATTER
Het menu komende half uur:
Materie (snappen we)
I. Anti-materie (snappen we, maar is weg??)
II. Donkere materie (hebben we ideeen over…)
II. Wat is de donkere materie ?
I. Waar is deanti materie ?
0% ANTI MATTER
De stand van zaken in november 2010
http:// pdg.lbl.gov
up
down
elektron
De elementaire deeltjes
Proton
up
up
down
Neutrondown
down
up
Wat kan je maken van deze 3 bouwstenen?
periodiek systeemvan Mendeleev
Alles!
Ook Middelburg
De elementaire deeltjes
Lading
+2/3 e
-1/3 e
-1 e
0 e
quark
sle
pto
ns
Materie
(1956)
u
d
I
e
e
(1895)
t
b
III
(1973)
(2000)
(1978)
(1995)
c
s
II
(1936)
(1963)
(1947)
(1976)
Niet één serie, maar drie!
•Fundamentele deeltjes en deeltjesversnellers
Is dit alles?
Lading
+2/3 e
-1/3 e
-1 e
0 e
quark
s
Generatie:
lepto
ns
Materie
(1956)
u
d
I
e
e
(1895)
t
b
III
(1973)
(2000)
(1978)
(1995)
c
s
II
(1936)
(1963)
(1947)
(1976)
Anti-materie
Revoluties begin vorige eeuw:– Relativiteitstheorie
– Quantum Mechanica
Paul Dirac (1928): relativistische quantum theorie!
Anti-materie deeltje:• Zelfde massa• Tegenovergestelde
lading
Voor elk materiedeeltje bestaat een anti-materiedeeltje ! (iγμ∂μ-m)ψ=0
De elementaire deeltjes
Lading
+2/3 e
-1/3 e
-1 e
0 e
quark
sle
pto
ns
Materie
(1956)
u
d
I
e
e
(1895)
t
b
III
(1973)
(2000)
(1978)
(1995)
c
s
II
(1936)
(1963)
(1947)
(1976)
De elementaire deeltjes
-2/3 e
+1/3 e
+1 e
0 e
u
d
c
s
t
b
e
e
Anti-materie
Lading IIII IILading
+2/3 e
-1/3 e
-1 e
0 e
quark
sle
pto
ns
Materie
(1956)
u
d
I
e
e
(1895)
t
b
III
(1973)
(2000)
(1978)
(1995)
c
s
II
(1936)
(1963)
(1947)
(1976)
(1932)
Hoe maak je anti-materie??
e+ e-
Albert Einstein: E=mc2
materie + antimaterie = licht !
(en vice versa)
e+ e-
Anti-materie in ziekenhuizen:de PET-scan
ee++ee
Wat snappen we nog niet:
Materie (snappen we)
I. Anti-materie (snappen we, maar is weg??)
II. Donkere materie (hebben we ideeen over…)
II. Wat is de donkere materie ?
I. Waar is deanti materie ?
0% ANTI MATTER
Wat snappen we nog niet?
I. “Anti-materie”
Waar is de anti-materie gebleven?
Geen anti-materie met satellieten
Geen anti-materie sterrenstelsels
We hebben al die tijd maar 4% van het heelal bestudeerd!
Temperatuurfluctuatiesstructuur van het heelal
Rotatie-curves Gravitationele lens
Wat is de donkere materie ?
II. “Donkere materie”
Temperatuurfluctuatiesstructuur van het heelal
De “klontering” zegt iets over zwaartekracht en dus over massa
400,000 jaar na oeknal werd heelal doorzichtig
II. “Donkere materie”
Oudste foto: 380.000 jaar na de Big Bang
Rotatie-curves
data
R-0.5
Afstand tot centrum stelsel (kpc)
Sn
elh
eid
(km
/s)
Rotatie-snelheid sterren
II. “Donkere materie”
Gravitationele lens
II. “Donkere materie”
Donkere materie is “doorgeschoten”: te zien met gravit. lens
Normale materie is “afgeremd”: te zien met X-rays
Botsende melkwegstelsels
Wat snappen we niet?
Anti-materie??(waar is het gebleven)
Donkere materie??(wat klonterde de sterrenstelsels)
AstronomieAstronomie Deeltjes fysicaDeeltjes fysica
Kijken zonder je ogen te gebruiken
•Niels Tuning Open Dag 2008
Botsingen van Deeltjes
I. Hoe onderzoeken we anti-materie: Detector
I. Hoe onderzoeken we anti-materie
b
s
s
b
materie ↔ anti-materie
II. Hoe ontdek je donkere materie: Detector
II. Hoe ontdek je donkere materie?
proton
proton
quark
neutrino
elektron
quark quark
quark
Simulatie top quark productie
Normaal
II. Hoe ontdek je donkere materie?
Nieuw ?
?
geenbalans
muon
muon
Maak nieuwe deeltjes met energie! E=mc2
Einde
1) Materie (snappen we)
2) Anti-materie (snappen we, maar is weg??)
3) Donkere materie (hebben we ideeen over…)
Wat is de donkere materie ?
Waar is deanti materie ?
0% ANTI MATTER
EINDE
Backup slides
Wat is het nut van dit onderzoek?
Fundamenteel onderzoek
– Kan leiden tot verrassingen,
• Soms zelfs nuttig…
• Maar per definitie van te voren onbekend
“Oneindig veel toegepast onderzoek aan de kaars zou ons nooit het electrische licht hebben gebracht.”
Wat is het nut van dit onderzoek?
Fundamenteel onderzoek
– Kan leiden tot verrassingen,
• Soms zelfs nuttig…
• Maar per definitie van te voren onbekend
“Quantum mechanica en begrip van atomen cruciaal voor transitors.”
1947194720092009
Wat is het nut van dit onderzoek?
Fundamenteel onderzoek
– Kan leiden tot verrassingen,
• Soms zelfs nuttig…
• Maar per definitie van te voren onbekend
“Zonder relativiteits-theorie zit de GPS er 10km/dag naast!”
Wat is het nut van dit onderzoek?
Fundamenteel onderzoek
– Heeft nuttige bij-effecten
• Medische toepassingen
• Internet
• Opleiden van onderzoekers voor de maatschappij (Philips, ASML, etc, etc)
PET scan www
Wat is het nut van dit onderzoek?
Veel mensen zijn gewoonweg nieuwsgierig
Hoort bij de mens
– wat is het nut van kunst? religie?
Wat is het nut van dit onderzoek?
Duur?? Mwah.
– Totale kosten: 6 miljard
– Kosten voor NL: 50 miljoen / jaar
– Ter vergelijk, zie begroting Ministerie v. OCW:Cern 31 miljoen
ESA 32 miljoen
Genomics 36 miljoen
Kon. Bibliotheek 45 miljoen
TNO 192 miljoen
Stichting AAP 10 miljoen
Monumentenzorg 70 miljoen
Film 20 miljoen
Archeologie 10 miljoen (Topsport: 28 miljoen)
Voorbeeld van spin-off: “hadron therapie”
Versnellers Meetapparatuur Kennis van deeltjes
1954: 1ste patient
1997: 22.000 patienten
Nu: 51.000 patienten
Before treatment
6 Weeks after carbon treatment with a dose of 60 Gye
Voorbeeld van spin-off: “hadron therapie”
D.Schulz-Ertner et al.
Carbon en Proton Therapie in Europa
HIT – Heidelberg Ion beam Therapy
operational
under construction
planned
protons and ions
protons
Voorbeeld van spin-off: www
1989:1989: Tim Berners Lee proposed “html” and “WorldWideWeb”
1992:1992: 1ste website in NL: http://nic.nikhef.nl
1993 :1993 : www in the public domain
Wat verwacht je ?
Al 30 jaar bestaan er precieze wiskundige voorspellingen!
We meten quark koppelingen
Er is een complexe phase in de koppelingen
Meetbaar als er 2 amplitudes een rol spelen:
Γ( B f) = |A1+A2ei(φ+δ)|2
Γ(Bf) = |A1+A2ei(-φ+δ)|2
eiφ e-iφ
matter anti-matter
Bewijs van bestaan van complexe getallen…
Meten van complexe getallen!
Nobelprijs voor Kobayashi & Maskawa
• KM voorspelden in 1972 de 3de generatie quarks om kleine verschillen in materie en anti-materie te verklaren
Toshihide Maskawa Makoto Kobayashi
Verschil materie, anti-materie: Nobelprijs 2008
b
s
s
b
“Box” diagram: ΔB=2
b s
μ
μ
“Penguin” diagram: ΔB=1
Wat snappen we niet?
Anti-materie??(waar is het gebleven)
Donkere materie??(wat klonterde de sterrenstelsels)