Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Thomas Lohse Humboldt-Universität zu Berlin, WS 2012/13 Dunkle Materie: Kurze Einführung.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Thomas Lohse Humboldt-Universität zu Berlin, WS 2012/13 Dunkle Materie: Kurze Einführung."—  Präsentation transkript:

1 Thomas Lohse Humboldt-Universität zu Berlin, WS 2012/13 Dunkle Materie: Kurze Einführung

2 Die heutige Teilchenphysik

3 H Higgs Das Standardmodell …und Antimaterie

4 H Higgs Atomkerne Atomhüllen aus radioaktiven Zerfällen schwache Kraft elektromagnetische Kraft (Photon) starke Kraft (Gluon) HIGGS BOSON Ursprung der Massen? Das Standardmodell

5 Der Urknall im Labor

6 Der LHC Beschleunigerkomplex

7 LHC 2012: 27 km Umfang Kollisionen von 4 TeV Protonen t 50 ns zwischen Paket-Kollisionen 20 pp-Wechselwirkungen pro Paket-Kollision Der LHC Beschleunigerkomplex

8 ATLAS-Detektor: Higgs, Dunkle Materie, Extra Dimensionen, … Der LHC Beschleunigerkomplex

9 CMS-Detektor: Higgs, Dunkle Materie, Extra Dimensionen, … Der LHC Beschleunigerkomplex

10 Supraleitende Doppel-Dipolmagnete im LHC-Tunnel L 15 m, M 30 t, B 8,33 T Magnetische Energie: 10 GJ Temperatur: 1,9 K Kühlung: superfluides Helium 170 4,5 K 93 Tonnen Helium-Vorrat t kalte Masse im Tunnel

11 CERN Control Centre

12 Das Detektorprinzip Suche charakteristische Signatur von Higgs / Dunkle Materie / …

13 CERN 4. Juli 2012 CERN 4. Juli 2012

14 Ereigniskandidat: H

15 Masse ( ) - Verteilung ATLASCMS

16 Wissen wir damit schon viel?

17 22% Dunkle Materie 74% Dunkle Energie 4% Materie des Standardmodells Ist da sonst gar nichts mehr? Das Weltall – Unendliche Weiten Doch! Wir kennen mal gerade 4%!

18 Evidenz für die Existenz von Dunkler Materie

19 Fritz Zwicky (1898 bis 1974) Erste Beobachtungen (Zwicky, 1933) Coma Galaxienhaufen APOD, , Dean Rowe Relativgeschwindigkeiten + Virial-Theorem Der Haufen müsste das 400-fache an Masse haben, um gravitativ stabil gebunden zu sein!

20 Dunkle Materie und Rotation von Galaxien r v(r) Galaxiemasse M Galaxien-Rotationskurven Galaxie ist einen Riesenball unsichtbarer Dunkel- Materie... mit ein paar versprenkelten Sternen

21 Dunkle Materie: Kollision zweier Galaxienhaufen Galaxien im sichtbares Licht Heißes Gas (Röntgenstrahlung) Unsichtbare Materie (Gravitationslinsen-Effekt) NASA/CXC/CfA/STScI

22 Folgerungen (I) DM-Teilchen senden keine elektromagne- tische Strahlung aus, sind elektrisch neutral, spüren keine Kernkraft. DM-Teilchen unterliegen der Gravitationskraft und eventuell anderen schwachen Wechselwirkungen

23 The Sloan Digital Sky Survey Folgerung (II): Großräumige Strukturen der Galaxienverteilung weist auf massereiche ( langsame) Dunkle Materie-Teilchen hin! 2 Milliarden Lichtjahre Deklinations- winkel

24 Was ist Dunkle Materie? Populärste Hypothese: schwach wechselwirkende neutrale Teilchen langsame, massereiche Teilchen ( keine Neutrinos!) WIMPs Weakly Interacting Massive Particles

25 Theorie 1: Supersymmetrie (SUSY) SUSY-Spiegel quark Spin ½ squark Spin 0 Spin 1 gluon Spin ½ gluino Spin 1 / 0 photon Z Higgs- Bosonen neutralinos Spin ½ stabil, DM-Kandidat

26 Theorie 2: Zusatzdimensionen (Kaluza Klein Anregungen) 3-D-Raum mikroskopisch kompaktifizierte Zusatzdimension(en) Standard- Teilchen Keine Quantenanregung in Zusatzdimension(en) Kaluza Klein Anregungen zunehmende Masse WIMP leichteste (neutrale, stabile) Kaluza Klein Anregung

27 Wie sucht man Dunkle Materie? LHC Wechselwirkung (jenseits Standardmodell) SM-Teilchen WIMP direkte Suche indirekte Suche

28 DM-WIMP NeutrinoElektron Jet 1. WIMP-Suche am LHC Beispiel: Erzeugung von squarks und gluinos pp gluino squark undetektiert 5 Jets 1 Elektron fehlende Energie Vorsicht Untergund: z.B.

29 Isoliertes Elektron, Jets, E e jet bisher kompatibel mit Untergrund

30

31 2. Direkte WIMP-Suche tief unter der Erde WIMP Atomkern im Detektor aus dem Weltall Rückstoß Energie 100 keV zurück ins Weltall Detektoren: extrem sensitiv extrem rein hoch-abgeschirmt Ionisation / Phononen / Photonen

32 Direkte WIMP-Suche weltweit

33 Beispiel: Kryogenischer Detektor CRESST (Gran Sasso) 10 kg Kristalle CaWO 4

34 Nachweisprinzip: supraleitende Thermometer supraleitende Phasenübergangs- Thermometer (SPT) aus Wolfram Detektormodul bei < 10 mK Phonon Licht Phononen Licht WIMP Unter- grund -

35 Resultate liefern noch kein konsistentes Bild… beste Obergrenze positive Signale

36 3. Indirekte WIMP-Suche im Weltall WIMPs sammeln sich in Gravitationszentren: Zentrum unserer Milchstraße Zentrum unserer Sonne NASA Zwerggalaxien

37 WIMP Charakteristische Hochenergie-Strahlung: Gamma-Strahlung Neutrino-Strahlung Antimaterie-Strahlung Nachweis auf der Erde ?

38 Antimaterie aus dem Weltall Alpha Magnetic Spectrometer on ISS

39 Positron-Anomalie von PAMELA PAMELA- Satellit ? WIMP-Annihilation? Astrophysikalische Positron-Quelle (naher Pulsar)? Positronen durch kosmische Strahlung

40 IceCube Neutrino -Detektor am Südpol H. Kolanoski Humboldt- Universität

41 Wechelwirkung Detektor Neutrino Neutrino- Nachweis Myon

42 IceCube WIMP-Vernichtung im Zentrum der Sonne Alle Teilchen außer Neutrinos werden in der Sonne absorbiert Bisher noch kein Signal…

43 Höchstenergetische Gammastrahlung H.E.S.S. Cherenkov-Teleskop Khomas Hochland, Namibia Fermi-Satellit

44 ~150 pc Galactic Centre HESS J SNR G HESS J TeV-Gammastrahlung vom Galaktischen Zentrum supermassives schwarzes Loch

45 ...Punktquellen subtrahiert erste aufgelöste Detektion diffuser TeV- -Strahlung Kosmische Strahlen wechselwirken in Molekülwolken Molekülwolken Dichteprofil HESS J TeV-Gammastrahlung vom Galaktischen Zentrum Schwierig: viele astrophysikalische Gamma-Quellen!

46 Gammastrahlung vom galaktischen Halo Zentrum Fermi-Bubbles

47 Gammastrahlung vom galaktischen Halo NASA's Goddard Space Flight Center

48 Gamma-Linien aus den Fermi Bubbles? galaktische Länge 5 galaktische Breite 5 WIMP WIMP M WIMP 130 GeV WIMP WIMP Z M. Su, D.P. Finkbeiner, arXiv: v1 [astro-ph.HE]

49 Fazit Neues Boson (125 GeV) entdeckt! Higgs-Teilchen? Komplettierung des Standardmodells oder Schlüssel zur Supersymmetrie (Neutralinos, WIMPs)? Noch keine Anzeichen für WIMPs am LHC… …aber viel Aufregung bei der Suche nach WIMPS aus dem Weltall. Wir leben in einer spannenden Zeit! Wie spannend, soll das Seminar zeigen!


Herunterladen ppt "Thomas Lohse Humboldt-Universität zu Berlin, WS 2012/13 Dunkle Materie: Kurze Einführung."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen