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Sebastian Frank Wilhelm Macke Award Warum verschwand die Antimaterie?

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Präsentation zum Thema: "Sebastian Frank Wilhelm Macke Award Warum verschwand die Antimaterie?"—  Präsentation transkript:

1 Sebastian Frank Wilhelm Macke Award Warum verschwand die Antimaterie?

2 2 Sebastian Frank Egal wohin wir schauen, wir sehen Materie!

3 3Warum verschwand die Antimaterie?Sebastian Frank Egal wohin wir schauen, wir sehen Materie!

4 4Warum verschwand die Antimaterie?Sebastian Frank Sollte uns das wundern? Zu Beginn des Universums sollte exakt gleich viel Materie wie Antimaterie entstanden sein Was ist Antimaterie? –Der Zwillingsbruder der Materie –Vorzeichen der Ladung ist vertauscht –Beispiel:Elektron e-(Ladung -1) Positron e+(Ladung +1) e-e+

5 e-e+ 5Warum verschwand die Antimaterie?Sebastian Frank Wie verhalten sich Materie und Antimaterie? Problem: Sie dürfen sich nicht zu nahe kommen … … sonst vernichten sie sich gegenseitig und zerstrahlen zu Licht!

6 Bedeutung für das Universum Bei exakt gleich viel Materie wie Antimaterie würden sie sich gegenseitig komplett vernichten! Eigentlich sollte es KEINE Materie geben! Wir sollten gar nicht existiert!!! 6Warum verschwand die Antimaterie?Sebastian Frank

7 Konsequenz Materie hat aber überlebt und Antimaterie ist verschwunden Es muss einen Überschuß an Materie gegeben haben! 7Warum verschwand die Antimaterie?Sebastian Frank

8 8Warum verschwand die Antimaterie?Sebastian Frank Materieüberschuß des Universums Problem: Physiker können diesen Materieüberschuß nicht erklären! Aber was können Physiker eigentlich erklären? Was wissen wir eigentlich heute?

9 Standardmodell der Elementarteilchenphysik Gesammelte bisherige Wissen über Welt des Allerkleinsten Das Atom: –Hülle aus Elektronen –Kern aus Protonen und Neutronen –Protonen und Neutronen wiederum aus Quarks Elektronen und Quarks sind Elementarteilchen (nicht weiter teilbar!) 9Warum verschwand die Antimaterie?Sebastian Frank

10 Standardmodell der Elementarteilchenphysik Neben Elementarteilchen in den Atomen gibt es noch weitere … Unterteilung der Elementarteilchen: –Materieteilchen –Kräfteteilchen (übertragen Kräfte zwischen Materieteilchen) Alle Teilchen zusammen: Standardmodell der Elementarteilchenphysik 10Warum verschwand die Antimaterie?Sebastian Frank

11 Standardmodell der Elementarteilchenphysik Standardmodell sehr mächtig und erfolgreich! Beschreibt die Welt des Allerkleinsten sehr gut … … kann leider nicht alles erklären! Materieüberschuß des Universums nicht erklärbar! Standardmodell unvollständig und muss erweitert werden … aber wie? 11Warum verschwand die Antimaterie?Sebastian Frank

12 Mögliche Erweiterung des Standardmodells 12Warum verschwand die Antimaterie?Sebastian Frank Standardmodell … Materieüberschuß erklärbar? NEIN! Standardmodell + … Materieüberschuß erklärbar? MÖGLICH! ?????? Neue Symmetrien!

13 13Warum verschwand die Antimaterie?Sebastian Frank Symmetrien In der Natur und der Kunst steckt überall Symmetrie! Mal mehr symmetrisch, mal weniger …

14 14Warum verschwand die Antimaterie?Sebastian Frank Symmetrien in der Physik Auch in den Naturgesetzen der Physik steckt überall Symmetrie! Drücken ganz allgemeine Grundprinzipien der Natur aus Meist recht abstrakt … Beispiel: Zeit-Symmetrie –Naturgesetze ändern sich nicht sondern bleiben immer gleich! Weitere Symmetrien …

15 15Warum verschwand die Antimaterie?Sebastian Frank Supersymmetrie (SUSY) Größte überhaupt mögliche Symmetrie der Naturgesetze! Jedes Teilchen des Standardmodells erhält Superpartner Dadurch viele offene Probleme der Physik lösbar Deshalb SUSY sehr beliebt und heiß begehrt!

16 16Warum verschwand die Antimaterie?Sebastian Frank CP-Symmetrie und die CP-Verletzung Ein Teilchen verhält sich normalerweise gleich, wenn man es … –im Spiegel (P) betrachtet und –durch Antiteilchen (C) ersetzt CP-Symmetrie

17 CP-Symmetrie und die CP-Verletzung Manchmal verhält sich Teilchen jedoch anders! CP-Verletzung Beispiel: Teilchenzerfall –Instabiles Teilchen und –Antiteilchen im Spiegel zerfallen anders!

18 Mögliche Erklärung des Materieüberschusses 18Warum verschwand die Antimaterie?Sebastian Frank Standardmodell Wenig CP- Verletzung Materieüberschuß erklärbar? NEIN! Standardmodell + Supersymmetrie Viel CP- Verletzung!? Materieüberschuß erklärbar? MÖGLICH! … wirklich mehr CP- Verletzung?

19 19Warum verschwand die Antimaterie?Sebastian Frank Meine Diplomarbeit Berechnete bestimmten Zerfall eines instabilen SUSY- Teilchens Analysierte CP-Verletzung der Zerfallsrate (d.h. wie schnell ein Teilchen zerfällt) Berechnungen sehr kompliziert aber … Prinzip mittels Diagramme sehr anschaulich

20 20Warum verschwand die Antimaterie?Sebastian Frank Diagramm eines SUSY-Teilchenzerfalls Zeit Anfang: ein instabiles SUSY-Teilchen Ende: zwei Teilchen Mitte: drei virtuelle, geisterhafte Teilchen, die entstehen und gleich wieder verschwinden!

21 21Warum verschwand die Antimaterie?Sebastian Frank Diagramm eines SUSY-Teilchenzerfalls Zeit Mittlerer Teil ist Korrektur des eigentlichen Zerfalls Dadurch wird CP-Symmetrie des Zerfalls verletzt (CP-Verletzung)! Dieses Diagramm liefert wichtigsten Beitrag zur CP-Verletzung

22 22Warum verschwand die Antimaterie?Sebastian Frank Alle anderen Diagramme des Zerfalls

23 23Warum verschwand die Antimaterie?Sebastian Frank Alle anderen Diagramme des Zerfalls … zum Glück gibt es Computer!

24 24Warum verschwand die Antimaterie?Sebastian Frank Resultate meiner Diplomarbeit CP-Verletzung der Zerfallsrate (in Prozent) Masse des zerfallenden SUSY-Teilchens 24 % !!!

25 Nochmal in Kürze … Es gibt einen ungeklärten Materieüberschuß im Universum Mögliche Lösung: Supersymmetrie (SUSY) Dadurch mehr CP- Verletzung möglich … … wichtig für Erklärung des Materieüberschusses! 25Warum verschwand die Antimaterie?Sebastian Frank

26 Nochmal in Kürze … Diplomarbeit: –Berechnete CP-Verletzung eines Teilchenzerfalls –Resultat viel höher als zuvor im Standardmodell möglich! SUSY könnte Materieüberschuß erklären helfen! Aber … –existiert SUSY überhaupt? –kann man all dies experimentell überprüfen? 26Warum verschwand die Antimaterie?Sebastian Frank 24 % !!!

27 Der Large Hadron Collider (LHC) Die größte Maschine der Welt auf der Suche nach den kleinsten Teilchen des Universums 27Warum verschwand die Antimaterie?Sebastian Frank

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