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Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft Warum ist nicht nichts? 24. Oktober, 2015 Frank Rathmann Science College Haus Overbach, Barmen.

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1 Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft Warum ist nicht nichts? 24. Oktober, 2015 Frank Rathmann Science College Haus Overbach, Barmen

2 Evolution des Universums f.rathmann@fz-juelich.deWieso ist nicht nichts?2 Lizenziert unter Gemeinfrei über Wikimedia Commons

3 Woher kommt die Materie im Universum? Das Schicksal Der Antimaterie ? f.rathmann@fz-juelich.deWieso ist nicht nichts?3

4 Aber: Eigentlich sollte es wegen der Teilchen – Anti-Teilchen Vernichtung in Strahlung auch keine Materie geben: Das Rätsel unserer Existenz f.rathmann@fz-juelich.deWieso ist nicht nichts?4

5 Aufbau der Materie: Vom Großen zum Kleinen Elektro- Magnetismus Starke WW f.rathmann@fz-juelich.deWieso ist nicht nichts?5 Gravitation

6 Starke Wechselwirkung, Kernkraft protonneutron quarks 10 –10 m Größenvergleich 10 –14 m Electron (-) Nucleus (+) cherry stone f.rathmann@fz-juelich.deWieso ist nicht nichts?6

7 f.rathmann@fz-juelich.deWieso ist nicht nichts?7 Das Standard Model der Teilchenphysik

8 f.rathmann@fz-juelich.deWieso ist nicht nichts?8 Suche nach Antimaterie Bisher kein Nachweis von Anti-Helium oder Anti-Kohlenstoff Kernen Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) auf der Internationalen Raumstation (ISS)

9 Ungelöste Fragen: Jenseits des Standard Models 1.Warum beobachten wir Materie und fast keine Antimaterie, wo wir doch annehmen, dass es eine Symmetrie zwischen beiden im Universum gibt? 2.Was ist diese dunkle Materie, die wir nicht sehen können, und die doch sichtbare gravitative Effekte im Kosmos zeigt? 3.Warum kann das Standard Model keine Teilchenmassen vorhersagen? 4.Sind Quarks und Leptonen tatsächlich fundamental, oder bestehen sie aus noch fundamentaleren Teilchen? 5.Warum gibt es genau drei Generation von Quarks und Leptonen? Wie passt die Gravitation da hinein? f.rathmann@fz-juelich.deWieso ist nicht nichts?9 From http://particleadventure.org/beyond_start.html

10 Symmetrien Parität: f.rathmann@fz-juelich.deWieso ist nicht nichts?10 C-Parität : Ändert das Vorzeichen aller quantisierten Ladungen: Elektrische Ladung, Baryonenzahl, Leptonenzahl, Flavor Ladung, Isospin (3rd-Komponente) T-Symmetrie Physikalische Gesetze sind invariant gegenüber bestimmten Transformationen

11 Symmetrien f.rathmann@fz-juelich.deWieso ist nicht nichts?11

12 Symmetrien f.rathmann@fz-juelich.deWieso ist nicht nichts?12

13 Ladungsseparation produziert ein elektrisches Dipolmoment Definition Wassermolekül: permanentes EDM (Degenerierter Grundzustand aus Zuständen unterschiedlicher Parität) f.rathmann@fz-juelich.deWieso ist nicht nichts?13 Elektrische Dipolmomente (EDMs)

14 Besitzen Teilchen (Elektron, Nucleon, …) ein EDM? f.rathmann@fz-juelich.deWieso ist nicht nichts?14 Fundamentale Teilchen

15 Suche nach Elektrischen Dipolmomenten f.rathmann@fz-juelich.deWieso ist nicht nichts?15 Elektrische Dipolmomente könnten am Beschleuniger COSY/Jülich nachgewiesen werden

16 Die Suche nach Elektrischen Dipolmomenten (EDM) fundamentaler Teilchen ist ein eher langwieriges Unterfangen Adapted from: Nature, Vol 482 (2012) Beispiel: Neutron (nEDM) Präzisionsgrenze f.rathmann@fz-juelich.deWieso ist nicht nichts?16

17 EDMs sind sehr klein! expand Nukleon Erde 1 fm Präzisionsgrenze f.rathmann@fz-juelich.deWieso ist nicht nichts?17

18 Spin-polarisierte Teilchen, die gespeichert werden können und deren Polarisation man über lange Zeit beobachten kann. polarisiertunpolarisiert f.rathmann@fz-juelich.deWieso ist nicht nichts?18 COSY Beschleuniger in Jülich als Spin Laboratorium Was braucht man:

19 Ziel: 10 -3 x nEDM Obergrenze Idee: Beobachtung der zeitlichen Änderung der Spin-Richtung eines polarisierten Teilchenstrahls f.rathmann@fz-juelich.deWieso ist nicht nichts?19

20 Vom COSY (Kühler- und Speicherring) am FZJ … f.rathmann@fz-juelich.deWieso ist nicht nichts?20

21 Vom COSY (Kühler- und Speicherring) am FZJ … f.rathmann@fz-juelich.deWieso ist nicht nichts?21

22 Vom COSY (Kühler- und Speicherring) am FZJ … … zu einem neuartigen Präzisions-Speicherring mit zwei gegenläufigen polarisierten Teilchenstrahlen: f.rathmann@fz-juelich.deWieso ist nicht nichts?22

23 Schicksal der Antimaterie – Wieso existieren wir? Suche nach neuer CP-Verletzung Neu: EDM von geladenen Teilchen – Präzision; Entdeckungspotenzial f.rathmann@fz-juelich.deWieso ist nicht nichts?23

24 Georg Christoph Lichtenberg (1742-1799) “Man muß etwas Neues machen, um etwas Neues zu sehen.” f.rathmann@fz-juelich.de24Wieso ist nicht nichts?


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