De voorspelling van antimaterie

Slides:



Advertisements
Verwante presentaties
Tel de zwarte stippen!. Tel de zwarte stippen!
Advertisements

Marcel Merk – Nikhef/VU 10 Oktober 2009 Nikhef Open Dag, Amsterdam (Fysica) Feiten en Fictie in.
Elementaire Deeltjes in 3 – 6 lessen
User Centred Development
Deeltjesfysica op Nikhef de bouwstenen van de wereld deeltjes gebruiken voor sterrekunde Aart Heijboer.
Frank Linde NIKHEF bestaan we uit? Waar 22 mei 2006, Den Haag De Waag, Amsterdam, 6 april 2007.
Jo van den Brand 3 November, 2009 Structuur der Materie
21 oktober Inhoudsopgave Waar is alles uit opgebouwd? Hoe testen we deze theoriën? Het LHCb experiment Wat heb ik gedaan? Wat zijn mijn conclusies?
LEESVAARDIGHEID Tips & Tricks.
Past Simple Onvoltooid verleden tijd Regelmatige werkwoorden:
Waar is al de antimaterie gebleven?
Reflections on life Sound on Reflecties op het leven. Geluid aan.
Tel de zwarte stippen. Tel de zwarte stippen Lopen de horizontale lijnen evenwijdig of niet?
Deltion College Engels B2 Spreken/presentaties/subvaardigheid lezen [Edu/003] thema: Holland – coffee shops and euthanasia? can-do : kan een duidelijk.
Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek Alles en Niks VAN DE OERKNAL TOT HIGGS Niels Tuning Nieuwe Meer 26 okt 2014.
Deltion College Engels B1 Lezen [no. 001] can-do : 2 products compared.
Deltion College Engels B1 Gesprekken voeren [Edu/008] theme: ‘I have to arrest you, you’ve stolen my heart’ … can-do : kan een eenvoudig face-to-face gesprek.
Deltion College Engels B1 Schrijven [Edu/003] thema: what have I done wrong…? can-do : kan s/ brieven schrijven over persoonlijke zaken © Anne Beeker.
Frank Linde FOM & UvA Maagdenhuis 11 september 2006.
‘WAIT FOR ME’ Lees met elkaar de songtekst Klik door naar volgende scherm.
Deltion College Engels B1 Gesprekken voeren [Edu/006] thema: Look, it says ‘No smoking’… can-do : kan minder routinematige zaken regelen © Anne Beeker.
Deltion College Engels B2 Schrijven [Edu/006] thema: Euromail can-do : kan in persoonlijke s nieuws en standpunten van een ander becommentariëren.
Deltion College Engels C1 Spreken [Edu/002] thema: A book that deserves to be read can-do : kan duidelijke, gedetailleerde samenvatting geven van een gelezen.
Deltion College Engels B2 Gesprekken voeren [Edu/005]/subvaardigheid luisteren thema: ‘Pink pop and air-controllers on strike’ can-do : kan in een telefoongesprek.
Wednesday, 01 April 2015 woensdag 1 april 2015 Click Klik.
Deltion College Engels B1 En Spreken/Presentaties [Edu/006] Thema: “The radio station“ can-do : kan een publiek toespreken, kan verzonnen gebeurtenissen.
Particle physics in a nutshell  Nikhef Frank Linde, Shell-Nikhef brainstorm workshop, Shell Rijswijk, 21 March 2011.
Nothing Is As It Seems Lesson 7 What’s the Story?.
Deltion College Engels B2 Lezen [Edu/003] thema: Topical News Lessons: The Onestop Magazine can-do: kan artikelen en rapporten begrijpen die gaan over.
Deltion College Engels B2 Spreken [Edu/001] thema: What’s in the news? can-do : kan verslag doen van een gebeurtenis en daarbij meningen met argumenten.
Deltion College Engels B2 En Spreken/Presentaties [Edu/005] Thema: What you see here, is… Can-do : kan duidelijke, samenhangende verhalen vertellen © Anne.
Deltion College Engels B1 Spreken [Edu/001] thema: song texts can-do : kan een onderwerp dat mij interesseert op een redelijk vlotte manier beschrijven.
Deltion College Engels C1 Gesprekken voeren [Edu/001]/ subvaardigheid lezen thema: What a blooper…. can-do : kan taal flexibel en effectief gebruiken voor.
Test Tender module Stap 1 Klik op het gewenste object.
Deltion College Engels B2 Gesprekken voeren [Edu/009] thema: ‘We’d better go to…’ can-do : kan in vertrouwde situaties actief meedoen aan discussies over.
Deltion College Engels B2 Schrijven [Edu/005] thema: Writing a hand-out can-do: kan een begrijpelijke samenvatting schrijven © Anne Beeker Alle rechten.
Bouwstenen van Materie
Deltion College Engels B1 Lezen [Edu/002] thema: But I ‘ve read it in… can-do : kan hoofdthema en belangrijkste argumenten begrijpen van eenvoudige teksten.
Deltion College Engels B2 Gesprekken voeren [Edu/007] thema: ‘With this mobile you can…’ can-do : kan op betrouwbare wijze gedetailleerde informatie doorgeven.
Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek Semantic Web and Library Applications Workshop Presented by Luit Gazendam.
Deltion College Engels B2 (telefoon)gesprekken voeren[Edu/002] /subvaardigheid lezen/schrijven thema: I am so sorry for you… can-do : kan medeleven betuigen.
Kom, ga met ons mee Come, go with us. ‘Wij vertrekken nu naar het land dat de Heer ons beloofd heeft. Ga met ons mee! Je zult het goed hebben bij ons.
Present Simple Tegenwoordige Tijd.  Om aan te geven dat iets nu een gewoonte is. Er zijn een aantal woorden die aangeven dat het om een gewoonte gaat.
Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek Alles en Niks VAN DE OERKNAL TOT HIGGS Niels Tuning Rotary Haarlemmermeerlanden 26 okt 2015.
Lamb to the Slaughter Who or what is ‘the Lamb to the Slaughter’ in this story?
The Research Process: the first steps to start your reseach project. Graduation Preparation
de markt voor 2e hands auto’s “Een Experiment”
Key Process Indicator Sonja de Bruin
de markt voor 2e hands auto’s “Een Experiment”
Salt & Light Zout & Licht
Dictionary Skills!?.
TE CONNECTIVITY In a world where everything is connected
De taaltaak
Betrekkelijk voornaamwoorden
Today: Chapter 2 Discuss SO 2 What to study for your test?
Hulpwerkwoorden Hoofdwerkwoorden vs hulpwerkwoorden
Verlangen naar God Longing for God
Grammar in a Nutshell Skills 1.
Tel de zwarte stippen!. Tel de zwarte stippen!
English 23 April 2018.
Vreugde Joy.
Chapter 3 Who dares? Grammar Stepping Stones 3 havo
Tel de zwarte stippen!. Tel de zwarte stippen!
THEME 12 TOPIC 1 Repetitie Theme 12.
Presentatie titel Effective Math Lesson Part 1
Living in the Promised Land Leven in het Beloofde Land
Matthew 16 “But who do you say that I am?”  Simon Peter replied, “You are the Christ, the Son of the living God.”  And Jesus answered him, “Blessed are.
Leerlingen zeiden: “Je MOET hem loslaten
Past simple vs present perfect
Moving Minds DNA.
Transcript van de presentatie:

De voorspelling van antimaterie Paul Dirac voorspelde het bestaan van het positron in 1928 Dirac’s vergelijking impliceert: positron massa = elektron massa positron lading = +e The first of these is antimatter, predicted by the British theoretical physicist Dirac in 1928 when he was developing an equation to describe the behaviour of the electron. Dirac was a very shy man; you see it in his demeanour as he gives a lecture. However the respect in which he is held is shown by his plaque in Westminster Abbey, placed there in 1995, which is reputedly the only equation in the Abbey. For Dirac the equation was obvious; however he could only find a solution to it describing the behaviour of the electron if there was also another solution which seemed to describe something with negative energy. This solution he eventually ascribed to the positron, the antiparticle of the electron.

De voorspelling van antimaterie Dirac AntiDirac The first of these is antimatter, predicted by the British theoretical physicist Dirac in 1928 when he was developing an equation to describe the behaviour of the electron. Dirac was a very shy man; you see it in his demeanour as he gives a lecture. However the respect in which he is held is shown by his plaque in Westminster Abbey, placed there in 1995, which is reputedly the only equation in the Abbey. For Dirac the equation was obvious; however he could only find a solution to it describing the behaviour of the electron if there was also another solution which seemed to describe something with negative energy. This solution he eventually ascribed to the positron, the antiparticle of the electron. De enige vergelijking in Westminster Abbey?

E = mc2 e Wat is antimaterie? + - Elektronen en positronen annihileren en produceren g-straling (energie) E = mc2 The simplest way to describe antimatter is in terms of its behaviour - when particle and antiparticle meet they annihilate and their mass is turned into energy in the form of g-rays, also called photons. This process is governed by the second and last equation you will see this evening, and surely known to the whole audience - Einstein’s famous equation E=mc2. Not only is this true for electrons and positrons, it also occurs for quarks and anti-quarks and more complicated objects like protons and anti-protons. You would also be in trouble if you met your anti-you. However this possibility is still someway off; it was not until 1996 that anti-hydrogen, the simplest anti-atom was produced. Energie en materie zijn equivalent Energie kan naar materie getransformeerd worden en vica versa.

De ontdekking van antimaterie Four years later the positron was discovered by the American Carl Anderson in one of his pictures of the tracks of particles in a detector known as a cloud chamber. This device was in a magnetic field produced by the coils of cable you see in the photograph. The magnetic field has the effect of bending charged particles. From the direction of bend it is deduced that the particle has positive charge. From the amount of energy it loses as it passes through the plate in the middle of the chamber it is possible to deduce its mass. Note the size of his detector. Later we will see others, somewhat larger, but with similar features. We now know that all particles have antiparticles and I will now take a minute or two to discuss antimatter since it is not just the stuff of Star Trek science fiction, it is also science fact. Anderson (1932) ontdekte het door Dirac voorspelde positron

Antimaterie is meest efficiënte energiedrager Neem 1 gram antimaterie Dit levert E = 2mc2 Waarom factor 2? = 2(0.001 kg)(3x108 m/s)2 = 1.8 x 1014 J aan energie!!! Energieverbruik per persoon per jaar 150 GJ/jaar = 1.5 x 1011 J/jaar Antimaterie is meest efficiënte energiedrager

Het ATHENA experiment op CERN CERN 1996: 9 antiatomen gemaakt CERN experiment ATHENA in 2002: 50.000 antiatomen waterstof gemaakt Star Trek’s warp drive? Alle antiatomen op CERN gemaakt in een jaar: 100 W lamp, kwartier

Antimaterie Voor ieder deeltje bestaat er een antideeltje. Tegenovergestelde eigenschappen: bijvoorbeeld de lading, e- en e+. Maak deeltjes en antideeltjes uit energie volgens E = mc2. Als een deeltje en antideeltje van dezelfde soort elkaar ontmoeten, dan verdwijnen ze in een flits van pure energie. Dit heet annihilatie. De vrijgekomen energie volgt ook uit E = mc2.

Grootste versnellers staan op CERN - Geneve Ring van 27 km omtrek 100 meter onder de grond 4 interactie punten waar protonen botsen

E = mc2 g Elektron-positron botsingen e- e+ Annihilatie produceert energie - mini Big Bang Elektron (materie) Deeltjes en antideeltjes worden geproduceerd Positron antimaterie g e- e+ E = mc2

E=mc2: creatie van Materie en Antimaterie Als materie uit energie wordt gemaakt, dan wordt er altijd evenveel antimaterie geproduceerd

Big Bang Cosmology Evenveel materie & antimaterie Materie domineert!

Big Bang Expansie van sterrenstelsels Big Bang Nucleosynthese Edwin Hubble in 1929 expansie Big Bang Nucleosynthese CBR – Kosmische microgolf achtergrondstraling 24% primeordial 4He Gamow (1948) materie  0.04 kritisch Bell Telephone Lab. in 1965

Ontdekking v/h nagloeien 1965 Penzias & Wilson

NRC HANDELSBLAD Woensdag 12 februari 2003 Hubble Deep Field – overal materie Proton/foton 1/109 Woensdag 12 februari 2003

Speuren naar antimaterie in het universum Omringend universum wordt door materie gedomineerd: Afwezigheid van anti-nuclei in kosmische straling in ons sterrenstelsel Geen annihilatiestraling van sterrenstelsels in botsing met antimaterie Alpha Magnetic Spectrometer

Speuren naar antimaterie in het universum Het zichtbare universum wordt door materie gedomineerd!

Waar is de antimaterie gebleven? In 1966 liet Andrei Sakharov zien dat creatie van netto baryongetal vereist: Processen met schending van baryongetal (bijv. protonverval) Geen evenwichtstoestand tijdens expansie van het universum Schending van C en CP symmetrieen

Materie-antimaterie asymmetrie In 1964 werd ontdekt dat het radioactive verval van antimaterie een klein verschil vertoont met het verval van materie (CP schending). Sindsdien is de voortgang in ons begrip erg traag geweest: experimenten zijn uiterst moeilijk (VU – SLAC, CERN); astronomie is een waarnemende wetenschap, geen experimentele (we kunnen de Big Bang niet herhalen). MAAR we hebben geleerd dat de materie-antimaterie asymmetrie enkel kan optreden indien er drie paar quarks bestaan.

Nobel Price in Physics 2008 Yoichiro Nambu Makoto Kobayashi Toshihide Maskawa "for the discovery of the mechanism of spontaneous broken symmetry in subatomic physics" "for the discovery of the origin of the broken symmetry which predicts the existence of at least three families of quarks in nature"

Evolutie met materie-antimaterie symmetrie Uiteindelijk zal zulk een universum enkel uit fotonen bestaan (dat is bijna het geval voor ons Universum – kosmische microgolf achtergrond) For example, let’s try to understand what would happen to the Universe if at that time, a billionth of a second after the beginning, equal numbers of particles and antiparticles exist. This is a reasonable assumption since it is what we observe in our experiments at accelerators where the energy density is the same. The density of particles at this time is enormous. They collide and annihilate producing photons, which then turn back into particle and antiparticle pairs. The number of photons and particle-antiparticle pairs is roughly equal. Eventually, after about one second, the energy of the photons is too small for any more particle-antiparticle pairs to be produced and only the annihilation process continues. Since we started with equal numbers of particles and antiparticles we cannot have an excess of either and, indeed only photons will be left in the Universe. This is manifestly what did not happen - our Universe is different. However it’s not so different. The Universe does contain huge numbers of photons, by now at very low energy and known as the ‘microwave background’. Measurements shown that there are about 109 photons in the Universe for every proton. How this number arose is an area of great interest to particle physicists and astrophysicists.

Een Universum met asymmetrie Misschien veranderde een in elke 109 antiquarks in een quark tijdens de geboorte van ons Universum Na de materie-antimaterie annihilatie bleef een kleine hoeveelheid materie over (ongeveer een proton voor 109 fotonen) Ignoring the third condition, except to say that non-thermal equilibrium almost certainly occurred early in the Universe, let’s see the consequences of our discussion. Let’s imagine one antiparticle in 109 turning into a particle in the first billionth of a second after the Big Bang. The same annihilation process we saw earlier continues, but when it has finished we now have one particle left over for every 109 photons, just as we find in the Universe today. We thus conclude that, although matter consists of two different quarks and the electron, we could not be here today if the other quarks did not exist to play their crucial role in the first billionth of a second of the life of the Universe. Thus we may not have an answer to Rabi’s question about the muon - Who ordered that? - but we may begin to see why these other objects have to exist.

Relatie met het heelal BigBang scenarium Gebruik laboratorium experimenten om de fysica wetten vast te leggen voor de condities van het beginnend heelal >10-10 s na t = 0…

Wat er gebeurde op tijden voor 10-10 s na de Big Bang is onzeker What happened in that era is therefore debated amongst physicists with great fervour. Nevertheless there are some general principles that we understand.