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Spannende Pläne für die Zukunft der Physik: FAIR

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Präsentation zum Thema: "Spannende Pläne für die Zukunft der Physik: FAIR"—  Präsentation transkript:

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

2 FAIR an der GSI-Darmstadt

3 Welt der Physik: heute

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

5 Fundamentale Fragen Helle Materie Dunkle Materie Dunkle Energie

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

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

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

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

10 Kraft zwischen geladenen Teilchen
Erice 2004

11 Asymptotische Freiheit
Confinement Erice 2004

12 Confinement Asymptotische Freiheit
Kraft zwischen zwei Quarks: N ~15 t Confinement Erice 2004

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

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

15 Theta+: Pentaquark-Teilchen
Theta+: uudds Proton: uud 1997: In St.Petersburg/Bochum vorausgesagt (Soliton) 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 Wenn existiert  FAIR: Proton-Antiproton-Kollsionen

16 Struktur des Nukleons

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

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

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

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

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

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

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

24 Proton-Antiproton Annihilation
Änderung der Masse in Kernmaterie

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

26 Kern-Kern-Kollision

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

37 Nachstürzende Materie wird am harten Neutronen-Core reflektiert
Implosion  Explosion Nachstürzende Materie wird am harten Neutronen-Core reflektiert

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

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

40 Beschleunigte Expansion
Supernova Supernovae II Supernovae Ia Beschleunigte Expansion Dunkle Energie

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

42 Entstehung der Elemente

43 Neutronenstern: Hoher Druck
FAIR

44 Nukleon confinement de-confinement Quark-Gluon Materie Kern

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

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

47 Kollision und Diagnose

48 Phasendiagramm Kernmaterie
FAIR Deconfinement

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

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

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

52 Dank für die Aufmerksamkeit

53 FAIR FAIR

54 Fazit

55 Quarks: Große Abstände Confinement
Kraft zwischen zwei Quarks: kg Quarks: Kleine Abstände  Asymptotische Freiheit Erice 2004

56 Proton-Antiproton Annihilation
Änderung der Masse in Kernmaterie


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