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Spannende Pläne für die Zukunft der Physik: FAIR Klaus Goeke Theoretische Hadronen-Physik Ruhr-Universität Bochum Facility for Antiproton and Ion Research.

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Präsentation zum Thema: "Spannende Pläne für die Zukunft der Physik: FAIR Klaus Goeke Theoretische Hadronen-Physik Ruhr-Universität Bochum Facility for Antiproton and Ion Research."—  Präsentation transkript:

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2 Spannende Pläne für die Zukunft der Physik: FAIR Klaus Goeke Theoretische Hadronen-Physik Ruhr-Universität Bochum Facility for Antiproton and Ion Research

3 FAIR an der GSI-Darmstadt

4 Welt der Physik: heute

5 Welt der Physik: Entwicklung des Universums Hier muss Bild hin mit Universum und Entwicklung von links nach rechts

6 Fundamentale Fragen Helle Materie Helle Materie Dunkle Materie Dunkle Materie Dunkle Energie Dunkle Energie

7 Fundamentale Fragen Helle Materie Helle Materie Baryonen Atomkerne, Quarks: strange, charm Baryonen Atomkerne, Quarks: strange, charm Struktur der Materie, Entstehung Struktur der Materie, Entstehung Materie unter extremen Bedingungen, QGP Materie unter extremen Bedingungen, QGP Ursprung der Masse, Rolle der Quarks Ursprung der Masse, Rolle der Quarks Dunkle Materie Dunkle Materie Existenz im Universum indirekt gezeigt Existenz im Universum indirekt gezeigt Natur der DM-Teilchen unbekannt Natur der DM-Teilchen unbekannt Dunkle Energie Dunkle Energie Existenz im Universum generell akzeptiert Existenz im Universum generell akzeptiert Physikalischer Ursprung unbekannt Physikalischer Ursprung unbekannt

8 FAIR Primärstrahlintensitäten: Faktor 100 – 1000 Sekundärstrahlintensitäten für kurzlebige Kerne: bis zu einem Faktor Ionenenergie: Faktor 15 Gewinnfaktoren Spez. Eigenschaften Intensive energiescharfe Strahlen kurzlebiger Kerne Energiescharfe Antiprotonen- strahlen bis zu 15 GeV Interne Targets für Experi- mente hoher Luminosität Strahlen: Schnelle hochgeladene Atomkerne (Ionen) Sekundärstrahlen: Strahlen aus radioaktiven Reaktionsprodukten Strahlen aus Anti- Protonen

9 Atom Atomkern Relativistische Quantenfeld- Theorie mit Punkt-Teilchen Quarks: Quanten Chromodynamik

10 Nukleon: Quarks und Gluonen Proton: up up down Neutron: up down down Quarks: up down strange charm bottom top Gluonen: Quanten der starken Wechselwirkung

11 Kraft zwischen geladenen Teilchen

12 Asymptotische Freiheit Confinement

13 Confinement Kraft zwischen zwei Quarks: N ~15 t

14 Stabile hadronische Systeme 3-Quark-Systeme: Baryonen: p, n, L, S Quark-Antiquark- Systeme: Mesonen: p, K existiert nicht Gibt es exotische Systeme? 6 Quarks, reine Gluon-bälle ??

15 Glue-Bälle und Hybride Crystal-Barrel: Hybride wurden mit hoher Wahrscheinlichkeit bereits entdeckt Crystal-Barrel: Hybride wurden mit hoher Wahrscheinlichkeit bereits entdeckt FAIR wird in großem Stil diese Objekte suchen und untersuchen FAIR wird in großem Stil diese Objekte suchen und untersuchen Proton-Antiproton Kollisionen Proton-Antiproton Kollisionen Graviton -Bälle ??

16 Theta+: Pentaquark-Teilchen Proton: uud 1997: In St.Petersburg/Bochum vorausgesagt (Soliton) 1997: In St.Petersburg/Bochum vorausgesagt (Soliton) 2002: 11 große Beschleuniger in Japan, Russland, USA, Deutschland etc. haben das Pentaquark identifiziert 2002: 11 große Beschleuniger in Japan, Russland, USA, Deutschland etc. haben das Pentaquark identifiziert 2004: 8 große Beschleuniger in USA und Deutschland haben das Pentaquark nicht gefunden 2004: 8 große Beschleuniger in USA und Deutschland haben das Pentaquark nicht gefunden Wenn existiert FAIR: Proton-Antiproton-Kollsionen Wenn existiert FAIR: Proton-Antiproton-Kollsionen Theta+: uudds

17 Struktur des Nukleons

18 Masse des Nukleons Masse Nukleon 1000 MeV 350 MeV Masse 5-10 MeV Gluon: Masselos Masse Nukleon Wechsel- wirkungsenergie

19 Masse des Universums Die Masse der hellen Materie im Universum stammt her von der Wechselwirkungs- energie der Gluonen und Quarks

20 Masse des Universums Die Masse der hellen Materie im Universum stammt her von der Wechselwirkungs- energie der Gluonen und Quarks

21 Forschung mit Antiprotonen High-Energy Storage Ring (HESR) with detector PANDA HESR PANDA

22 Charmonium-Spektrum Quarks: up down strange charm bottom top

23 Hyper-Kerne mit strange Baryonen Atomkern mit zwei L-Teilchen, oder zwei strange Quarks Quarks: up down strange charm bottom top

24 Hyper-Kerne mit strange Baryonen Stabile Atomkerne (ohne Strangeness) Stabile Atomkerne 1 strange Quark 2 strange Quarks Keine strange Quarks Quarks: up down strange charm bottom top

25 Proton-Antiproton Annihilation Änderung der Masse in Kernmaterie

26 Radioaktive Kerne Super-Fragment Separator Produziert Strahlen instabiler Kerne Nukleon Kern

27 Kern-Kern-Kollision

28 Radioaktive Strahlen Instabiler, radioaktiver Kern: Sekundärstrahlen Vielzahl neuer Reaktionen mit Anwendung auf : Sterne, Sternentwicklung, Entstehung der Elemente

29 Nuklid-Karte Stabile Kerne Thermonukleare Fusion bis zum Eisen Explosive Fusion zu schweren Elementen (r-process) Halokerne

30 Thermonukleares Brennen: Entstehung leichter Elemente Fusion erzeugt Energie und Strahlungsdruck

31 Thermonukleares Brennen H Thermonukleares Brennen verhindert gravitativen Kollaps durch Strahlungsdruck aus dem Zentrum

32 Thermonukleares Brennen Fe He Thermonukleares Brennen verhindert gravitativen Kollaps durch Strahlungsdruck aus dem Zentrum

33 Thermonukleares Brennen Fe C Thermonukleares Brennen verhindert gravitativen Kollaps durch Strahlungsdruck aus dem Zentrum

34 Thermonukleares Brennen Fe O Thermonukleares Brennen verhindert gravitativen Kollaps durch Strahlungsdruck aus dem Zentrum O Si

35 Thermonukleares Brennen Fe Si Thermonukleares Brennen verhindert gravitativen Kollaps durch Strahlungsdruck aus dem Zentrum Fe i Fe

36 Ende des Brennens: Fe Fe Weiteres Brennen zu schwereren Kernen würde Energiezufuhr erfordern Thermonukleares Brennen verhindert gravitativen Kollaps durch Strahlungsdruck aus dem Zentrum

37 Eisenkern: Gravitativer Kollaps Fe im Prinzip zum Schwarzen Loch Kollapps wird gestoppt: Elektronen werden in die Protonen gedrückt und Neutronen-Materie bildet sich

38 Implosion Explosion Nachstürzende Materie wird am harten Neutronen-Core reflektiert

39 Supernova-Explosion Materie wird nach außen geschleudert Neutronen-Stern bleibt übrig.

40 Supernova-Explosion Schockwelle rast durch den Rest-Stern. Neutrinos treiben die Schockwelle Schwere Elemente werden durch Fusion erzeugt. Hülle wird abgestoßen

41 Supernova Supernovae II Supernovae Ia Beschleunigte Expansion Dunkle Energie

42 Krebs-Nebel Supernova- Explosion China 1054 n.Chr.

43 Entstehung der Elemente

44 Neutronenstern: Hoher Druck

45 Nukleon Kern Quark-Gluon Materie confinement de-confinement

46 Deconfinement Quark-Gluon Materie Quark-Gluon Materie Materie unter extremen Bedingungen

47 Entwicklung des Universums Hier muss Bild hin mit Universum und Entwicklung von links nach rechts Temperatur Dichte

48 Kollision und Diagnose

49 Phasendiagramm Kernmaterie FAIR Deconfinement

50 FAIR an GSI-Darmstadt Forschung mit Strahlen instabiler Isotope Forschung mit Strahlen instabiler Isotope Kerne weitab der Stabilität, Elemententstehung Kerne weitab der Stabilität, Elemententstehung Nukleare Astrophysik Nukleare Astrophysik Forschung mit Antiprotonen Forschung mit Antiprotonen Hadron-Spektroskopie, Hyperkerne, Medium-Effekte Hadron-Spektroskopie, Hyperkerne, Medium-Effekte Quark-Gluon-Freiheitsgrade, nicht-pert. QCD Quark-Gluon-Freiheitsgrade, nicht-pert. QCD Antiprotonen, gebunden, niedrige Energie (FLAIR) Antiprotonen, gebunden, niedrige Energie (FLAIR) Kern-Kern-Kollisionen bei hohen Energien Kern-Kern-Kollisionen bei hohen Energien Komprimierte und heiße Kernmaterie, Phasenübergänge Komprimierte und heiße Kernmaterie, Phasenübergänge Deconfinement, strange Materie Deconfinement, strange Materie Ionen- und Laser-induzierte Plasmen Ionen- und Laser-induzierte Plasmen Höchste Energiedichten in Materie, Zustandsgleichung Höchste Energiedichten in Materie, Zustandsgleichung Fundamentale Untersuchungen und Anwendungen Fundamentale Untersuchungen und Anwendungen QED starker Felder, Femtosekunden-Laser QED starker Felder, Femtosekunden-Laser

51 FAIR: Forschung Struktur des Nukleons, Herkunft der Masse, Quark-Gluon-Wechselwirkung Struktur des Nukleons, Herkunft der Masse, Quark-Gluon-Wechselwirkung Struktur der Atomkerne, Halo-Kerne Struktur der Atomkerne, Halo-Kerne Strange Quarks in Kernen, Charmed Quarks Strange Quarks in Kernen, Charmed Quarks Herkunft der Elemente, Weisse Zwerge, Super- Novae, Neutronensterne, Sternentwicklung Herkunft der Elemente, Weisse Zwerge, Super- Novae, Neutronensterne, Sternentwicklung Dichte und heiße Kernmaterie, Quark-Gluon- Plasma, frühe Phasen des Universums Dichte und heiße Kernmaterie, Quark-Gluon- Plasma, frühe Phasen des Universums Relativistische Quanten Chromodynamik unter allen Bedingungen, nicht-perturbativ Relativistische Quanten Chromodynamik unter allen Bedingungen, nicht-perturbativ

52 Zukünftige Erweiterung: Polarisierte Antiprotonen (PAX) Transversity: Wahrscheinlichkeit im transversal polarisierten Proton ein transversal polarisiertes Quark zu finden

53

54 FAIR FAIR

55 Fazit

56 Quarks: Große Abstände Confinement Quarks: Kleine Abstände Asymptotische Freiheit Kraft zwischen zwei Quarks: kg

57 Proton-Antiproton Annihilation Änderung der Masse in Kernmaterie


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