De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

Materie – bouwstenen van het heelal Prof.dr Jo van den Brand 14 september 2010 FEW 2010.

Verwante presentaties


Presentatie over: "Materie – bouwstenen van het heelal Prof.dr Jo van den Brand 14 september 2010 FEW 2010."— Transcript van de presentatie:

1 Materie – bouwstenen van het heelal Prof.dr Jo van den Brand 14 september 2010 FEW 2010

2 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – 2 Waar de wereld van gemaakt is  De wereld kent een enorme diversiteit van materialen en vormen van materie.  Vraag: bestaan er fundamentele bouwstenen? (liefst een klein aantal…)

3 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – 3 Het concept van elementen In de filosofie van Aristoteles waren er vier elementen Dalton (1808) rangschikte, op gewicht veel van de elementen die we vandaag kennen

4 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – 4 Het periodieke systeem Mendeleev (1869) introduceerde het periodieke systeem

5 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – 5 De structuur van atomen Rutherford (1912) toonde aan dat atomen een centrale kern bevatten Elektronen draaien rond de kern met precies gedefinieerde energie en slecht gedefinieerde posities m

6 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – 6 Elementair sinds 1897 Elementair sinds 1974 Deeltjes fysica

7 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – 7 Gewone materie  Alle materie: ~100 soorten atomen  De kern heeft 99.9% van de massa  Het elektron is puntvormig.  Protonen en neutronen zijn echter samengestelde deeltjes.  De quarks lijken weer puntvormig –In principe enkel `up’ en `down’ quarks nodig als bouwstenen.  Verder nog het elektron- neutrino.

8 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – 8 Kosmische materie  Theodore Wulf –Jezuit uit Valkenburg  Victor Hess ontdekt `kosmische’ straling.  Nieuwe soorten deeltjes worden gevonden: vooral muonen.  Muon lijkt op elektron –maar dan 200 keer meer massa. –leeft gemiddeld 2.2  s –en vervalt in een elektron en twee neutrale deeltjes.  De muonen komen van het verval van kortlevende deeltjes, die soms een derde type quark bevatten: het vreemde quark.  Kosmische materie: naast `gewone’ materie ook muon, muon-neutrino en het vreemde quark.

9 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – 9 Deeltjes uit de ruimte (kosmische straling) maken een regen van secundaire deeltjes in de atmosfeer Een muon leeft 2.2  sec. Welke afstand kan het dan met de lichtsnelheid bewegend afleggen? (3x10 8 m/s)(2.2 x s) = 660 m. Toch bereiken muonen het aardoppervlak!

10 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – 10 Equivalentie van massa en energie: E = m c² Bewegende klokken lopen langzamer: t =   (  > 1 ) Relativiteitstheorie Albert Einstein (1879 – 1955)

11 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – 11 Muonen zichtbaar maken met vonkenkamer

12 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – 12 Het muon Ontdekt in kosmische straling door Neddermeyer en Anderson (1936) Lijkt identiek aan het elektron, maar 200 keer zo massief Vervalt binnen 2.2  sec ‘Who ordered that?’ - I I Rabi

13 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – 13 Hoge energie materie  In 2008: 14 TeV proton-proton botser  Hoogste prioriteit in ons vakgebied ATLAS ALICE CMS LHCb

14 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – 14 Large Hadron Collider Nikhef Wetenschappelijk programma LHC

15 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – 15 Massa’s van deeltjes in MeV; 1 MeV  1.8  10  27 gram Drie families: 1897 – 2000 – Standaard Model

16 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – 16 Krachten  Structuren: van protonen to sterrenstelsels  Gravitatie: de bekendste kracht –Hierdoor staan we op aarde en –bewegen de planeten rond de zon –Belangrijk in massieve objecten  Elektriciteit en magnetisme –Veel sterker dan gravitatie! –Vormt atomen, moleculen en vaste stoffen en vloeistoffen.  Nieuwe krachten: –Sterke kracht –Zwakke kracht Omega Centauri globular cluster

17 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – Stervorming  Gravitationele krachten in H2 gebieden  Protostellaire objecten ontstaan door:  Dalende potentiele energie en stijgende kinetische energie  Verdichting kern, verhoging temperatuur en druk

18 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – protosterren  Sterren ontstaan in de omgeving van sterren  Bij voldoende druk, massa, temperatuur en stabiliteit onstaat er kernfusie  Druk = diameter x gravitatieversnelling  Temperatuur is recht evenredig met de druk

19 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – 19 “Zwakke” Interacties – pp cyclus

20 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – 20 De kern: de witte motor  Kernfusies treden in het centrum van de Zon op. Ultieme bron van (bijna) alle energie in het Zonnestelsel.  Voornaamste reactie: de pp-cyclus: 4 1 H → 4 He + 2γ + 2e + + 2ν Hierbij komt per He kern 26.7 MeV vrij in γ’s.  Basis gegevens: Straal = 6.96x10 8 m Massa = 1.989x10 30 kg Lichtkracht = 3.85x10 26 W Leeftijd = 4.5x10 9 jr Oppervlakte temperatuur: 5700 K. De Zon is een ‘normale’ ster van type G2.

21 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – 21 1 liter water bij 0 °C m = 1,000 kg Verwarm 1 liter water tot 100 °C: Δ E = 100 kcal = 418 kJ  Δ m = 0,0046  g = Δ E / c² 2 liter water bij 0 °C m = 2,000 kg Een nieuw inzicht: energie = massa

22 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – 22 Fotosfeer: het zonnespectrum  De fotosfeer geeft zeer belangrijke informatie over de chemische samenstelling van de Zon.

23 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – 23 Kernfusie  Lijnen van waterstof in een spectrum  Lijnen van helium in een spectrum  Lijnen van koolstof in een spectrum

24 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – 24 Sterren als de zon halen energie uit kernfusie: 4 H  He + 2e energie Per seconde zet de zon kg waterstof om De massa van de zon neemt per seconde af met kg!

25 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – 25 Opbouw van de zon:  Straling van kernfusie wordt in radiatieve kern naar buiten getransporteerd.  Op 1/3 van de rand is dit niet meer de meest effectieve manier van transport. De Zon wordt nu convectief.  Warmte wordt door gasbellen naar buiten getransporteerd.

26 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – 26 De Zonneneutrino’s  Bij elke pp-cyclus reactie komen 2 neutrino’s vrij voor elk He-atoom dat ontstaat.  Jarenlang was er het neutrino-probleem: we detecteren veel minder neutrino’s dan er geproduceerd zouden moeten worden: ongeveer 1/3de.  Oplossing kwam door de neutrino-oscillaties: neutrino’s kunnen van ‘kleur’ veranderen.  v e  ν μ  ν τ

27 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – 27 The way to go…. ITER Realiseer kernfusie op aarde 100 miljoen o C 500 MW vermogen Kosten: constructie $ 2.755M bedrijf $ 3.760M (20 jaar) afvoeren $ 335M

28 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – 28 Nucleosynthese – Big Bang en in sterren

29 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – 29 Nucleosynthese in supernovae Ni synthese 4000 km 3 x 10 6 km, 300 s 32 x 10 6 km, 3 uur

30 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – 30 Supernova

31 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – 31 Neutrino fysica – Superkamiokande

32 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – 32 Neutrino fysica – Borexino in Gran Sasso

33 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – 33 Kosmische neutrino’s – Antares en KM3NET

34 © Prof.dr Jo van den Brand, 2010 – 34 Kosmische neutrino’s – Amanda en Icecube


Download ppt "Materie – bouwstenen van het heelal Prof.dr Jo van den Brand 14 september 2010 FEW 2010."

Verwante presentaties


Ads door Google