De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

Elementaire Deeltjes in het Standaard Model en…? Master Class, 5 maart 2010 Bob van Eijk, Nikhef/UT.

Verwante presentaties


Presentatie over: "Elementaire Deeltjes in het Standaard Model en…? Master Class, 5 maart 2010 Bob van Eijk, Nikhef/UT."— Transcript van de presentatie:

1 Elementaire Deeltjes in het Standaard Model en…? Master Class, 5 maart 2010 Bob van Eijk, Nikhef/UT

2 jaar B.C. “Er is niets anders dan atomen en ruimte, al het andere is een mening” - Democritus van Abdera

3 “De alchemisten”

4 ~1869: “Het periodiek systeem” Dmitry Ivanovich Mendeleyev Julius Lothar Meyer

5 Ludwig Boltzmann ~1900: Boltzmann’s atoom Boltzmann, een briljante Oostenrijkse theoretisch fysicus, bedenkt een theorie die de atoomhypothese ondersteund.Boltzmann, een briljante Oostenrijkse theoretisch fysicus, bedenkt een theorie die de atoomhypothese ondersteund. Hij ondervindt zoveel oppositie dat hij hierdoor gedeprimeerd raakt.Hij ondervindt zoveel oppositie dat hij hierdoor gedeprimeerd raakt. Na zijn zelfmoord op 5 september 1906 haalt hij postuum alsnog zijn gelijk…Na zijn zelfmoord op 5 september 1906 haalt hij postuum alsnog zijn gelijk…

6 “Klein zien” De golflengte van de straling waarmee een object onderzocht wordt moet kleiner zijn dan de afmetingen van het object zelf!De golflengte van de straling waarmee een object onderzocht wordt moet kleiner zijn dan de afmetingen van het object zelf! De Broglie (1924):De Broglie (1924): golflengte ~ 1/p met p=impuls (energie) Hoge energie = klein objectHoge energie = klein object

7 Atomen “zichtbaar” maken Natrium en chloor atomen geordend in een roosterNatrium en chloor atomen geordend in een rooster Atomen worden zichtbaar gemaakt m.b.v. een scanning elektronen microscoop Atomen worden zichtbaar gemaakt m.b.v. een scanning elektronen microscoop

8 Het atoom… 1897elektron(Thomson) 1911kern(Rutherford) 1911proton(Rutherford) 1932neutron(Chadwick)

9 10  10 m 10  11 m 10  14 m 10  15 m …en afmetingen? ?

10 Een diepere kijk in protonen en neutronen laat zien dat het er krioelt van quarks, anti-quarks en gluonen Chaos in de kern… Materie is opgebouwd uit atomenMaterie is opgebouwd uit atomen Een atoom bestaat uit elektronen, neutronen en protonen; de rest is lege ruimte (vacuüm)Een atoom bestaat uit elektronen, neutronen en protonen; de rest is lege ruimte (vacuüm) Een proton is een combinatie van twee up-quarks en een down-quarkEen proton is een combinatie van twee up-quarks en een down-quark Een neutron is een combinatie van een up-quark en twee down- quarksEen neutron is een combinatie van een up-quark en twee down- quarks

11 “Bouwstenen der materie” Cellen Twintig per mm DNA Vijf honderd DNA Vijf honderd duizend per mm De kern Vijf honderd miljard per mm Quarks Meer dan een miljoen miljard per mm Extra vergroting? x 2 duizend x 25 duizend x 1 miljoen Elektronen microscoop Deeltjes versneller 2 fm < 1 am 50 μm 2 nm Microscoop

12 1963:De eerste 3 quarks worden geponeerd (“up”, “down” en “strange”) 1974:Bewijs voor het bestaan van een 4 e quark (“charm”) wordt gevonden. Twee experimenten rapporteren gelijktijdig de ontdekking van een nieuw deeltje (J/Ψ) 1976:Onverwachte ontdekking van een 5 e quark (“bottom”) 1995:Ontdekking van het “top” quark Quarks…

13 1897:e, het elektron 1933: , het muon 1976: , het tau(on) 1956:  e, het elektron-neutrino 1962:  , het muon-neutrino 2000:  , het tau-neutrino …en leptonen… …en leptonen… (Dr. Aart Heijboer)

14 Drie families: Deeltjes massa gemeten in MeV; 1 MeV  1.8  10  27 gram

15 Fundamentele krachten… Krachten worden overgedragen door “deeltjes”

16 eμτ νeνeνeνe νμνμνμνμ ντντντντ uct dsb quarksleptonen …6 quarks en 6 leptonen… (“een nieuw periodiek systeem”)

17  eμτ νeνeνeνe νμνμνμνμ ντντντντ uct dsb quarksleptonen …elektromagnetische kracht… foton

18 eμτ νeνeνeνe νμνμνμνμ ντντντντ uct dsb quarksleptonen …zwakke kracht… (“radioactieve verval”) vectorbosonen WZ

19 eμτ νeνeνeνe νμνμνμνμ ντντντντ uct dsb quarksleptonen …sterke kracht… (“sterke kernkracht”) g gluonen

20 eμτ νeνeνeνe νμνμνμνμ ντντντντ uct dsb quarksleptonen …en de zwaartekracht (“gravitatie”) G graviton?

21 Deze kennis verklaart veel van hoe onze directe omgeving opgebouwd is… Een reis naar het begin van de tijd… …maar, verklaart het ook het ontstaan van ons melkwegstelsel, ons universum?

22 Wat weten we van ons heelal? Ouder ….. groter … kouder … lokaal minder energie nu Oerknal

23 Wat weten we van het jonge heelal? Hoge temperaturen Opgebouwd uit de fundamentele bouwstenen van de materie Bestudeer deze fase met deeltjes fysica en versnellers

24 Oerknal: start met gelijke hoeveelheden materie en antimaterie (E = mc 2 ) Nu: wij (materie) bestaan; waar is de anti- materie gebleven? Materie en antimaterie Materie en antimaterie “annihileren” 100% van de massa wordt omgezet in energie! WMAP K

25 Materie en antimaterie moeten in gelijke hoeveelheden gecreëerd zijn Het subtiele verschil tussen materie en antimaterie kan met deeltjesversnellers bestudeerd worden Waar is de antimaterie? Experimenteel geverifieerd: ieder quark heeft een antiquark partner; ieder lepton heeft een antilepton partner (Dr. Aart Heijboer; zwakke wisselwerking en neutrino’s)

26 …bieden een telescoop op het vroege heelal… …tot een miljardste deel van een seconde na de oerknal…! Krachtige deeltjesversnellers

27 De samenstelling van het heelal? Leeftijd heelal? Leeftijd heelal? ~ 14 miljard jaar Afmeting van het heelal? Afmeting van het heelal? ~ 14 miljard lichtjaar ~ 1.4 x m (1 lichtjaar ~ m) Hoe leeg is het heelal? Hoe leeg is het heelal? minder dan 1 atoom/m 3 (in schijf van melkweg 5/cm 3 ) Hoeveel atomen bevat het heelal? Hoeveel atomen bevat het heelal? ca atomen

28 Materie en energie in het heelal Donkere baryonische materie (3.5%) Normale materie: sterren (0.4%) Donkere energie kosmischeversnelling 73% 23% X ray Grav. lens Koude donkere materie

29 eμτ νeνeνeνe νμνμνμνμ ντντντντ uct dsb quarksleptonen Antimaterie…Antimaterie… bosonen WZ  g …en “donkere materie” uct dsb eμτ νeνe νμνμ ντντ WZ  g ~~~~~~ ~~ ~ ~ ~~~ ~ ~~ (s)(s) (s) “Super Symmetrie”

30 Wat is massa? Peter Higgs Higgs, een Engelse theoretisch fysicus, bedenkt een theorie waardoor elementaire deeltjes massa (“gewicht”) krijgen.Higgs, een Engelse theoretisch fysicus, bedenkt een theorie waardoor elementaire deeltjes massa (“gewicht”) krijgen. Zijn theorie impliceert het bestaan van een nieuw (Higgs) deeltje!Zijn theorie impliceert het bestaan van een nieuw (Higgs) deeltje! Deeltje nog niet ontdekt!Deeltje nog niet ontdekt! Cruciale vraag: hoe zwaar is dit deeltje zelf…?Cruciale vraag: hoe zwaar is dit deeltje zelf…?

31 Het `Higgs’ beeld van massa In het `echte vacuum’ zijn alle deeltjes In het `echte vacuum’ zijn alle deeltjes massaloos (dus: v = c) massaloos (dus: v = c) `Ons’ vacuum is niet echt leeg, maar gevuld met het Higgs veld `Ons’ vacuum is niet echt leeg, maar gevuld met het Higgs veld Deeltjes hebben interactie met Higgs veld : Deeltjes hebben interactie met Higgs veld : hierdoor bewegen ze langzamer hierdoor bewegen ze langzamer ze krijgen op die manier massa ! ze krijgen op die manier massa !

32 Het gewicht van nat licht (Ronald Kleiss – Nijmegen) lucht (`vacuum’) lucht (`vacuum’) E = 2 eV v = c m = 0 m 2 c 4 = E 2 (1-v 2 /c 2 ) Einstein

33 Het gewicht van nat licht lucht (`vacuum’) lucht (`vacuum’) water E = 2 eV v = c m = 0 m 2 c 4 = E 2 (1-v 2 /c 2 )

34 Het gewicht van nat licht lucht (`vacuum’) lucht (`vacuum’) water E = 2 eV v = c m = 0 E = 2 eV v = 0.75 c m 2 c 4 = E 2 (1-v 2 /c 2 )

35 Het gewicht van nat licht lucht (`vacuum’) lucht (`vacuum’) water E = 2 eV v = c m = 0 E = 2 eV v = 0.75 c m = 1.5 eV !! m 2 c 4 = E 2 (1-v 2 /c 2 )

36 Weten we dan helemaal niets van het Higgs deeltje?

37

38 De Higgs in proton-proton botsingen Z0Z0 Z0Z0 pp q q q q H WW e+e+ e-e- -- ++

39 Botsings-experimenten… …een wereld van nieuwe deeltjes!

40 Map © Google ‘s Werelds grootste (deeltjes) fysica lab ‘s Werelds grootste (deeltjes) fysica lab Samenwerking startte in 1954 Samenwerking startte in 1954 Multinationaal lab op Zwitsers-Franse grens Multinationaal lab op Zwitsers-Franse grens Nikhef en aantal NL-universiteiten nemen deel Nikhef en aantal NL-universiteiten nemen deel CERN Europees Laboratorium voor Deeltjes Fysica

41 De Large Hadron Collider (LHC)

42 …100 meter en meer onder het maaiveld…

43 De “Large Hadron Collider” LHCb CM S ALICE ATLA S proton-proton botsingen bij 14 TeV 26.7 km omtrek start: najaar 2009

44 Bewegende luchtmoleculen1/40 eV Licht van een lamp~ 1 eV Röntgen apparaat in ziekenhuis~ 1 keV (10 3 ) Radioactieve bron1 – 10 MeV (10 6 ) Lage energie kosmische straling1 GeV (10 9 ) “Large Hadron Collider”14 TeV (10 12 ) Ultra hoge energie kosmische straling~ eV Wat betekent 1 eV aan “energie”?

45 De grote vraagstukken: Hoe krijgen deeltjes hun massa? Waar is alle antimaterie gebleven? Waar bestaat donkere materie uit? Wat voor verrassingen heeft de natuur voor ons nog in petto?

46 46 Of een anti-materie bom ? ATLAS.ch/angelsenAngelsAndDemons.comen ern.ch/ TM & © 2009 Columbia Pictures Industries, Inc. All Rights Reserved. Tussen haakjes, het kost CERN ~ 2 x 10 9 jaar om een 1/2 gram anti-materie te produceren ~ 10 ktons TNT)


Download ppt "Elementaire Deeltjes in het Standaard Model en…? Master Class, 5 maart 2010 Bob van Eijk, Nikhef/UT."

Verwante presentaties


Ads door Google