Nobelpreis fur Physik 2006

fur die Bestatigung, dass das Spektrum der Hintergrundstrahlungdem Planckschen Strahlungsgesetz eines schwarzen Korpersgehorchtund zum anderen fur die Entdeckung der Anisotropie deskosmischen Mikrowellenhintergrunds.

John C. MatherGeorge Fitzgerald Smoot III

Biographie Smoot

I * 20. Februar 1945

I als Kind Interesse an Physik

I Arbeit/Studium

I 1966 Bachelorabschluss in Mathematik und Physik am MIT

I 1970 Fertigstellung seiner Doktorarbeit uber den Zerfallsubatomarer Elementarteilchen

I Teamarbeit fur Nobelpreistragers Luis W. Alvarez an derUniversity of California in Berkeley

I forschte am NASA-Projekt HAPPEI Ziel: Finden eines Experiments, als Beweis der Urknalltheorie

I 1976 sollte Smoot fur die NASA einen Satelliten zur Messungder kosmischen HGS entwickeln

I Smoots Team fertigte einen Detektor, der Anisotropien imMikriowellenhintergrund vermessen konnte

I Differentielles Mikrowellenradiometer (DMR – DifferentialMicrowave Radiometer)

I 1989 Wird der DMR mit dem Satellit COBE in dieUmlaufbahn der Erde geschossen

I 4 Jahre lang sammelt er Daten zur Anisotropie derkosmischen HGS

I Temperaturschwankungen in der HGS (1989 -1993)

I 2006 bekommt Smoot gemeinsam mit Mather den Nobelpreisfur Physik

I 2009 hat Smoot eine Gastauftritt in”The Big Bang Theory“

I 2009 gewinnt Smoot in”Are you smarter than a 5th Grader“

als zweiter aller Teilnehmer 1 Million Dollar

Biographie Mather

I * 7.8.1946 Virginia

I Eltern waren Wissenschaftlich interessiert und tatig

I Als Kind ist er fasziniert von Fossilien

I Als Teenager kommt er zu den Naturwissenschaften

I Studiert in Swarthmore

I Promoriert in BerkeleyI Sein Vorbild ist Richard Feynman

I Will Elementarpartikel Physik machen

I Ab den 1970er beschaftigt er sich mit CMBR

I Arbeitet am COBE Projekt mitI Nobelpreis zusammen mit Smoot

I Nach COBE bleibt er bei der NASA

I Projektleiter beim James Webb Space Telescope (JWST)

COBE

I Cosmic Background Explorer

I Satellit der NASA zur Untersuchung der kosmischenHintergrundstrahlung

I 1974 wurde das Projekt ausgeschrieben

I 1976 wurden drei Messgerate ausgewahlt und die Gruppenzusammengestellt

I 1977 wurde der Name vorgeschlagen

I 1989 wurde COBE ins Weltall geschossen

Instrumente

I DMR – Differential Mikrowellen Radiometer (Smoot)I Messung der Anisotropie

I DIRAS – Fernes Infrarot absolut Spektrophotometer (Mather)I Messung des Spektrums

I DIRBE – Diffuse Infrarot Hintergrund Experiment (Hauser)I Messung von Staubemissionen im All

Anisotropie

I Anisotropien sind Unterschiede in der Temperatur derHintergrundstrahlung

I COBE entdeckte eine sehr kleine Anisotropie der CMBR

I Großte Abweichung von 0,001 %

I Entsprachen der theoretischen Vorhersagen

I ⇒ Urknalltheorie

Schwarzkorper Strahlung

Schwarzer Korper

I Idealisierter Korper

I Nimmt jede elektromagnetische Strahlung jeder Wellenlangeauf

I Sendet thermische Strahlung mit bestimmter Intensitat aus

I Kurve wird durch das Plancksche Strahlungsgesetzbeschrieben

u(ω) = C · ω3

e~·ωkT −1

Hohlraumstrahlung

I Nicht abhangig von Material, Beschaffenheit der Wande unddem Volumen

I Homogen, isotrop und unpolarisiert

I CMBR ist annahernd eine Hohlraumstrahlung bei2.725± 0.002 K

Messung der Hintergrundstrahlung

Auf der Erde Im Weltall

Erdatmosphare absorbiertStrahlung

Strahlung wird nicht durchErdatmosphare absorbiert

Messung ist nur in wenigeRichtungen moglich

Messung ist in allen Rich-tungen moglich

Beweis der Urknalltheorieist schwierig

Beweis der Urknalltheorierealistischer

COBE

I George Smoot - Messung der Anisotropie

I John Mather - Messung des Spektrums

I insgesamt uber 1000 Mitwirkende

I 1989 wird die Rakete fur COBE gebaut

I COBE wird ins All geschossenI 9 Minuten spater registrierte COBE die fast perfekte Kurve

der Schwarzkorperstrahlung

I Temperaturschwankungen als Hinweis darauf wie sich dasUniversum entwickelt hat

I Temperaturunterschied von 1000◦ C erwartet

I spater wegen Beeinflussung dunkler Materie nur mehr 1100000

◦

C Temperaturunterschied erwartet

I ⇒ COBE wurde umgebaut

I geringe Abweichungen waren schwer von irrelevantenStorungen zu unterscheiden

I 1992 wurden die Ergebnisse veroffentlicht

I sie entsprachen exakt den unsicheren Messergebnissen auf derErde

COBE Aufbau

I COBE hat 6 Trichter (Horner), sieI messen in unterschiedliche RichtungenI und zu verschiedenen WellenlangenI korrigieren gleichzeitig etwaige Storungen

I jeder Trichter tastet 7◦ des Himmels ab

I ije kleiner die vermessenen Winkel, desto hoher die Auflosungdes Bildes (WMAP)

I Karte nach mehrfacher Messung aller Himmelspunkte undEichung

I Die voll geeichten COBE - Daten geben im ersten Ansatzeinen homogenen leuchtenden HImmel mit einerStrahlungstemperatur (Planck) von 2, 725± 0, 002 K wieder.

I Die verwendete Helligkeitsskala lauft von 0 bis 4 K.

I Der homogen leuchtende Himmel hat eine dipolartigeInhomogenitat von nur etwa 1

1000 der Helligkeit der Strahlung(∆T = 3.353mK ).

I Sie wird von unserer Bewegung im Raum relativ zuHintergrundstrahlung verursacht.

I Nach Abzug des Dipols sieht man nun Fluktuationen kleinerals 1

100000 der Intensitat (∆T = 0, 018mK ).

I Der helle rote Gurtel kommt vom Strahlungsbeitrag des kaltenStaubes

I Karte nach Abzug der Storungen durch kalten Staub undetwaige andere Storfaktoren

I Ruckschlusse auf das fruhe Universum sind moglich.

Interpretation

I Gebiete niedriger TemperaturI Verbindungen entstehen leichterI Strahlung ist fruher moglich

I Gebiete hoherer TemperaturI Verbindungen entstehen schwererI Strahlung ist noch nicht moglich