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Mini Black-holes Vom frühen Universum ins Labor Image by Space.com.

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Präsentation zum Thema: "Mini Black-holes Vom frühen Universum ins Labor Image by Space.com."—  Präsentation transkript:

1 Mini Black-holes Vom frühen Universum ins Labor Image by Space.com

2 Mini Black-holes – Eine kurze Übersicht 1. Primordiale Schwarze Löcher 2. Schwarze Löcher im Labor

3 1. Primordiale Schwarze Löcher Entstehung in der post-inflationären Ära (ca. 5* sec. nach dem Urknall) Entstehung in der post-inflationären Ära (ca. 5* sec. nach dem Urknall) Sie konnten nur in Gebietet mit überdurchschnittlich hoher Dichte entstehen. Dichtefluktuationen in großen Skalen hat WMAP nachgewiesen, in kleineren Skalen nur Spekulation. Sie konnten nur in Gebietet mit überdurchschnittlich hoher Dichte entstehen. Dichtefluktuationen in großen Skalen hat WMAP nachgewiesen, in kleineren Skalen nur Spekulation. Die Masse liegt im Bereich zwischen der Planck-Masse (10 -8 kg) und kg, dies ist ungefähr die Masse einen Berges auf der Erde. Die Masse liegt im Bereich zwischen der Planck-Masse (10 -8 kg) und kg, dies ist ungefähr die Masse einen Berges auf der Erde. Die Größe liegt im Bereich zwischen der Planck-Länge ( m) und m. Zum Vergleich, der Durchmesser eines freien Protons beträgt 1,7* m. Es handelt sich also um ein subatomares Gebilde. Die Größe liegt im Bereich zwischen der Planck-Länge ( m) und m. Zum Vergleich, der Durchmesser eines freien Protons beträgt 1,7* m. Es handelt sich also um ein subatomares Gebilde.

4 Könnten Keimzellen größerer Schwarzer Löcher sein, die zur Entstehung der Galaxien geführt haben Könnten Keimzellen größerer Schwarzer Löcher sein, die zur Entstehung der Galaxien geführt haben Zerfall durch Hawkingstrahlung antiproportional zur Masse, daher zerstrahlen Mini Schwarze Löcher sehr schnell. Wenn Masse unter etwa 1000 Tonnen fällt, explodiert das Schwarze Loch. Zerfall durch Hawkingstrahlung antiproportional zur Masse, daher zerstrahlen Mini Schwarze Löcher sehr schnell. Wenn Masse unter etwa 1000 Tonnen fällt, explodiert das Schwarze Loch. Primordiale Schwarze Löcher mit einer Anfangsmasse von kg haben eine Lebensdauer von ca Jahren, was dem derzeitigen Alter des Universums entspricht, daher möglicherweise Explosionen messbar. Primordiale Schwarze Löcher mit einer Anfangsmasse von kg haben eine Lebensdauer von ca Jahren, was dem derzeitigen Alter des Universums entspricht, daher möglicherweise Explosionen messbar. Eine andere Theorie besagt, dass die Hawking-Strahlung nur für große Massen zutreffend ist, daher ist es möglich, dass Löcher mit Massen unter 1000 Protonenmassen stabil bleiben. Eine andere Theorie besagt, dass die Hawking-Strahlung nur für große Massen zutreffend ist, daher ist es möglich, dass Löcher mit Massen unter 1000 Protonenmassen stabil bleiben. Stichwort: Relikte

5 2. Schwarze Löcher im Labor Überlegung: Teilchen die mit extrem hohen Energien auf einander Treffen können ein Schwarzes Loch erzeugen Überlegung: Teilchen die mit extrem hohen Energien auf einander Treffen können ein Schwarzes Loch erzeugen Abschätzung: Am LHC wird es möglich sein ein Proton mit bis zu 7 TeV zu beschleunigen. Nach E=m*c 2 folgt daraus eine Masse von kg. Unter der Annahme, dass die maximale quantenmechanische Auflösung bei diesen Energien Abschätzung: Am LHC wird es möglich sein ein Proton mit bis zu 7 TeV zu beschleunigen. Nach E=m*c 2 folgt daraus eine Masse von kg. Unter der Annahme, dass die maximale quantenmechanische Auflösung bei diesen Energien bei m liegt, ergibt sich daraus eine maximale Dichte, beim Zusammenstoß 2er Protonen, von kg/m 3. bei m liegt, ergibt sich daraus eine maximale Dichte, beim Zusammenstoß 2er Protonen, von kg/m 3. Problem: Um das kleinste mögliche Schwarze Loch zu erzeugen muss die Dichte mindestens der Planck-Dichte (5*10 96 kg/m 3 ) entsprechen. Problem: Um das kleinste mögliche Schwarze Loch zu erzeugen muss die Dichte mindestens der Planck-Dichte (5*10 96 kg/m 3 ) entsprechen.

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7 Lösung: Stringtheorie mit LXD´s Lösung: Stringtheorie mit LXD´s –Möglicherweise 7 Extradimensionen –LXD`s mit längen bis zu einigen Mikrometern –Elementarteilchen bilden Schleifen (Strings) nur Gravitonen sind geschlossen –Daraus folgt: Gravitation nimmt bei kleinen Abständen viel stärker zu Dem künstlich erzeugten Schwarzen Loch steht also theoretisch nichts mehr im Wege!!!

8 Schwarze Löcher in der Erdatmosphäre Harte kosmische Hintergrund Strahlung (Protonen und Atome mit Energien von bis zu 10 9 TeV) könnten in der Erdatmosphäre bis zu 100 Mini Schwarze Löcher pro Jahr erzeugen. Harte kosmische Hintergrund Strahlung (Protonen und Atome mit Energien von bis zu 10 9 TeV) könnten in der Erdatmosphäre bis zu 100 Mini Schwarze Löcher pro Jahr erzeugen. Bein Zerfall entstehen sämtliche Partikelsorten, mit hohen Energien Bein Zerfall entstehen sämtliche Partikelsorten, mit hohen Energien Zerfallsprodukte können vielleicht bald am Auger-Observatorium in Argentinien und am Fly´s-Eye-Observatorium in Utha/USA gemessen werden. Zerfallsprodukte können vielleicht bald am Auger-Observatorium in Argentinien und am Fly´s-Eye-Observatorium in Utha/USA gemessen werden.

9 LHC - ALICE, ATLAS und CMS LHC (Large Hadron Collider) LHC (Large Hadron Collider) LHC (Large Hadron Collider) LHC (Large Hadron Collider) –Inbetriebnahme ca. Ende August 2007 –Supraleiter erzeugen Magnetfeld –Umfang 27 km –5 große Experimente:ALICE ATLASCMSLHCbTOTEM

10 ALICE (A Large Ion Collider Experiment) ALICE (A Large Ion Collider Experiment) –Hier werden vor allem größere Kerne (Bleiionen) zur Kollision gebracht –Daher Mini Schwarze Löcher unwahrscheinlich –Forschung am Quark-Gluonen-Plasma, Simulation der Zeit unmittelbar nach dem Urknall

11 ATLAS (A Toroidal LHC AparatuS ) ATLAS (A Toroidal LHC AparatuS ) –Proton-Antiproton und Elektron-Antielektron Kollisionen –Produktion von Mini Schwarzen Löchern möglich –Suche nach dem Higgs-Boson und Forschung an Quarks und Leptonen

12 CMS (Compact Muon Solenoid) CMS (Compact Muon Solenoid) –Kollision von Protonen bei bis zu 14 TeV –Messung der entstehenden Elektronen, Photonen und Myonen –Entdeckung von Schwarzen Löchern möglich –Erforschung von SuSy-Teilchen und Suche nach Higgs-Boson

13 Energie aus Schwarzen Löchern Der Relikt-Konverter Schwarze Löcher unter 1000 Protonenmassen möglicherweise stabil Schwarze Löcher unter 1000 Protonenmassen möglicherweise stabil Es bleiben beim Zerfall von Mini Schwarzen Löchern Relikte übrig Es bleiben beim Zerfall von Mini Schwarzen Löchern Relikte übrig Da mit 70% Wahrscheinlichkeit geladen, kann es eingefangen werden Da mit 70% Wahrscheinlichkeit geladen, kann es eingefangen werden Speist man dieses Relikt nun wieder mit Materie so gibt die Materie zunächst ihre kin. Energie bei der Akkretion ab, nun steigt die Masse des Mini Schwarzen Lochs, sodass es wieder Hawking-Strahlung aussendet Speist man dieses Relikt nun wieder mit Materie so gibt die Materie zunächst ihre kin. Energie bei der Akkretion ab, nun steigt die Masse des Mini Schwarzen Lochs, sodass es wieder Hawking-Strahlung aussendet Umwandlungseffizienz läge Möglicherweise bei bis zu 90% Umwandlungseffizienz läge Möglicherweise bei bis zu 90%

14 Denkanstöße

15 Quellen Schwarze Löcher im Labor von B. J. Carr und S. B. Giddings Schwarze Löcher im Labor von B. J. Carr und S. B. Giddings Spektrum der Wissenschaft Ausgabe: September 2005 Schwarze Löcher im Labor von M. Bleicher und H. Stöcker Schwarze Löcher im Labor von M. Bleicher und H. Stöcker Forschung Frankfurt Ausgabe: 4/2006 Mini Black Holes in the first year of the LHC von H. Stöcker Mini Black Holes in the first year of the LHC von H. Stöcker (mit Links zu ALICE, ATLAS und CMS) (mit Links zu ALICE, ATLAS und CMS) Wikipedia Wikipedia


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