De bouwstenen van het heelal

De bouwstenen van het heelal
Aart Heijboer
13 Jan 2011, Andijk
slides bekijken:
www.nikhef.nl/~t61/outreach.shtml
verdere vragen:
[email protected]
Het grootste foto toestel ter wereld
Magneten voor de Atlas Muon Detector
mens
Onderzoek naar de bouwstenen
van de natuur
astro-deeltjesfysica
Onderzoek naar het heelal
met behulp van die deeltjes
Deeltjesfysica: Waaruit bestaat de wereld?
Elektron:
elementair deeltje
lading = -1
Atoomkern
10-15 m
E
10-9m
Atoom zo groot als Arena,
dan is de kern een zandcorrel
op de middenstip (0.1mm)
De rest... is leeg.
Down Quark
Up Quark
Neutron
E
Proton
Up Quark
10-16m
Elementaire deeltjes
Quarks
up
Leptons
Bouwstenen
van atomen.
elektron
down
neutrino
Alles wat we nodig hebben voor alle materie
die we kennen:
Elementaire deeltjes
Quarks
up
Leptons
Bouwstenen
van atomen.
elektron
Het elektron bleek een zwaarder broertje te hebben.
Ontdekt in 1936 in Kosmische straling.
down
muon
neutrino
'Who ordered that?'
- I. Rabbi
Quarks
up
charm
top
down
strange
bottom
Leptons
Elementaire deeltjes
elektron
muon
tau-lepton
elektron
neutrino
muon neutrino
tau neutrino
licht
zwaar
Alle deeltjes experimenteel aangetoond
waarom 3? zijn er meer?
Anti-materie
Voorspeld door theorie
ontdekt in kosmische straling
Voor elk deeltje met positieve elektrishe lading, is er een
identieke partner met negatieve lading... met dezelde natuurwetten!
Het Positron (= anti-electron)
voorspeld door theorie (Dirac)!
positron ontdekt in kosmische straling (1932)
Bouwstenen
van atomen.
up
down
elektron
Hubble ultra deep field
een tienmiljoenste van de hemel
elk puntje is een sterrenstelsel
Sloan digital sky survey
250 miljoen sterrenstelsels
geschiedenis van het heelal
geschiedenis van het heelal
oftewel
Uitdijend Heelal
Hubble z'n originele plotje (1929)
modernere versie
on
na be
tu ke
ur n
w de
et
te
n
e
lo
el sse
ec a
tro to
ne om
n, ke
fo r n
to en
ne ,
n
he
et
ga
s
vroeger =
warmer =
hogere energie =
kleinere deeltjes
ss
o
l
rk
a
qu
s
on
na be
tu ke
ur n
w de
et
te
n
ss
o
l
e
rk
a
qu
lo
el sse
ec a
tro to
ne om
n, ke
fo r n
to en
ne ,
n
he
et
ga
s
voorspelling 1:
nucleosynthese
s
De eertste atoomkernen
(minuut 3 – 20)
start met mengsel protonen & neutronen
reken uit wat er gebeurt (kernfysica)
voorspelling voor hoeveel H, He, D, etc
klopt geweldig goed met waarnemingen
En alle andere elementen dan?
on
na be
tu ke
ur n
w de
et
te
n
ss
o
l
e
rk
a
qu
lo
el sse
ec a
tro to
ne om
n, ke
fo r n
to en
ne ,
n
he
et
ga
s
voorspelling 2
achtergrondstraling
s
380 000 jaar na de big bang
voor
licht (fotonen) wordt tegengehouden
door vrije electronen
fotonen hebben zelfde temperatuur
als de rest
na
protonen en elektronen vormen
atomen (waterstof).
fotonon kunnen ongehinderd doorvliegen.
... fotonen moeten er nog steeds zijn
Microgolf Achtergrond Straling
Sincds big bang, factor 1000 kouder
geworden: microgolf straling.
cobe: nobelprijs 2006
ontdekt 1964, Nobel prijs 1978
Microgolf Achtergrond Straling
wmap
kleur = miniscule temperatuursvariaties ( 1 op 100.000)
Microgolf Achtergrond Straling
wmap
Details geven enorme hoeveelheid
informatie. Model klopt heel mooi.
bijvoorbeeld:
leeftijd heelal:
13.7  0.1 miljard jaar
kleur = miniscule temperatuursvariaties ( 1 op 100.000)
on
na be
tu ke
ur n
w de
et
te
n
ss
o
l
e
lo
el sse
ec a
tro to
ne om
n, ke
fo r n
to en
ne ,
n
he
et
ga
s
rk
a
qu
s
Een paar kleinde dingetjes.....
[email protected]
Zoekplaatje:
Vindt de twee grote mysteries
abel2218
Waar is de anti-materie gebleven?
Op het niveau van de natuurwetten:
symmetrie, bijv:
In het waarneembare heelal:
alleen materie en geen anti-materie
Levensduur muon: 2.197 microseconde
Levensduur anti-muon: 2.197 microseconde
Ergens moeten de natuurwetten verschillen voor materie en anti-materie
Andes waren wij er niet geweest.
Waar is de anti-materie gebleven?
Op het niveau van de natuurwetten:
symmetrie, bijv:
In het waarneembare heelal:
alleen materie en geen anti-materie
Levensduur muon: 2.197 microseconde
Levensduur anti-muon: 2.197 microseconde
Ergens moeten de natuurwetten verschillen voor materie en anti-materie
Andes waren wij er niet geweest.
Ondertussen in Geneve.....
LHCb experiment
Helemaal toegespitst om subtiele
verschillen tussen materie en antiMaterie te kunnen detecteren.
Ondertussen in Geneve.....
LHCb experiment
Helemaal toegespitst om subtiele
verschillen tussen materie en antiMaterie te kunnen detecteren.
Zoekplaatje:
Vindt de twee grote mysteries
abel2218
Donkere Materie
Gravitational Lenzing: meet de hoveelheid materie door afbuiging van licht.
80% van alle materie is 'donker'.... we weten niet wat het is
Albert Einstein
Energie en massa zijn equivalent
 je kan nieuwe deeltjes maken
Albert Einstein
Bij LHC: heel veel E (=Mc2)
Kan misschien donkere materie (M) deeltjes maken en bestuderen
Energie en massa zijn equivalent
 je kan nieuwe deeltjes maken
Laatse 5 jaar:
revolutie in Kosmologie
Geen idee
We hebben al die tijd maar 5% van het heelal bestudeerd
Donkere Energie
Versnelde uitdijing heelal
(supernova data)
Ontdekt in 1998 met supernova's
Meeting van helderheid
en afstand.
Nieuwe kracht die het heelal
uit elkaar drijft
Niemand weet wat het is!
Bevestigd door CMBR & structure
formation.
De toekomst van het heelal....
Big
'stilstand'
crunch
Het lijkt erop dat:
Heelal altijd zal blijven uitdijen
'Big freeze' scenario :-(
Versneld
We leven in een mooie tijd...
Geen nieuwe ster-vorming
Andere sterrenstelsels niet
meer zichtbaar
Mensheid onderzoekt het heelal
Aarde gevorrmd (4 Miljard yr)
Eerste sterren
Nog geen zware elementen
Veel te warm
Einde
slides bekijken:
www.nikhef.nl/~t61/outreach.shtml
verdere vragen:
[email protected]