Reise ins Innerste der Materie Forschung an der neuen Teilchenbeschleunigeranlage Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

Facility for Antiproton and Ion Research Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

FAIR-Beschleunigeranlage Grundlagenforschung Kern- und Teilchenphysik Astrophysik Atomphysik Plasmaphysik UNILAC SIS18 SIS100/300 p-Linac HESR CR & RESR NESR CryRing 100 m GSI FAIR Angewandte Forschung Materialwissenschaften Biophysik/Medizin Weltraumforschung Hochtechnologie-Entwicklung Effiziente, schnelle Teilchenbeschleuniger Hochauflösende Magnetspektrometer Empfindliche Licht- und Teilchen-Detektoren Hochvakuum-Technologie Schnelle elektronische Datenerfassung Energie-effiziente Computertechnologie FAIR-Eigenschaften Derzeit größtest Projekt der Kern- und Teilchenphysik (> 1 Milliarde € Invest.mittel) Kompakte Bauweise durch Ringbeschleuniger Millionenfache Nutzung des Strahls in Speicherringen Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

Kompakt & kosteneffektiv XHV @ Hoher Strahlintensität Beschleuniger Kompakt & kosteneffektiv Supraleitende Magnete dB/dt ~ 4T/s Schnelle Beschleunigung Ferrit & MA Kavitäten Großer Gradient, variable Frequenz Hohe Strahlqualität Elektronen & stochastische Kühlung XHV @ Hoher Strahlintensität Hochvakuum ~10-13 mbar Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12 Skalen des Universums Materie 10-1 m Kristall 10-9 m Atom 10-10 m Atomkern 10-14 m Nukleon 10-15 m DNA 10-8 m Quarks < 10-18 m Galaxie 1021 m 1.000.000.000.000.000.000.000 m 1 m 0,000.000.01 m 0,000.000.000.1 m 0,000.000.000.000.01 m 0,000.000.000.000.000.001 m 100.000.000 m Sterne, Planeten 108 m Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12 Elementare Bausteine Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12 Rätsel I Vakuumenergie des Mikrokosmos unterscheidet sich um ca. 10120 von der des Makrokosmos. Unser Universum enthält nur Teilchen, keine Antiteilchen. Neutrinos sind nicht masselos. Elementare Bausteine besitzen extrem unterschiedliche Massen. Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12 Rätsel II Quarks kommen nicht in freier Natur vor. Sie sind in stark wechselwirkenden, nicht elementaren Teilchen (Hadronen) zu zweit oder dritt eingesperrt. u d Proton (p) 938 MeV/c2 Neutron (n) 939 MeV/c2 u d π- 140 MeV/c2 Baryonen Mesonen Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12 Rätsel III Normale (schwere) Materie besteht aus fast masselosen „up“ und „down“ Quarks. 99% der Masse des sichtbaren Universums ist eigentlich Energie! Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

Quanten-Chromo-Dynamik 28/03/2017 QED: QCD: Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

Aufbau der (Quanten-) Materie LHC @ CERN FAIR Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

FAIR-Experimente: PANDA 28/03/2017 PANDA Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12 Exotische Hadronen PANDA @ FAIR Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

Anti-Proton Annihilation @ DA 28/03/2017 PANDA Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12 Exotische Mesonen QCD Gitterrechnungen Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12 Schwere Energiebälle Morningstar & Peardon, PRD60(1999)34509 Morningstar & Peardon, PRD56(1997)4043 Exotische “Gluebälle”, (Oddballs) mit für normale Mesonen verbotenen Quantenzahlen m(2+-) = 4.140 GeV m(0+-) = 4.740 GeV Lange Lebensdauern von QCD-Gitterrechnungen vorhergesagt. Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

FAIR-Experimente: CBM 28/03/2017 CBM Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12 Hadronen in Kernen Vorhersage: Änderung der Hadronenmasse aufgrund partieller Wiederherstellung der Chiralen Symmetrie Leichte Quarks sensitiv auf Quark-Kondensat im Vakuum Mesonen mit schwereren Quarks sensitiv auf Gluonen-Kondensat Spontane Symmetriebrechung Vakuum Kern p K 25 MeV 100 MeV K+ K- p- p+ Hayaski, PLB 487 (2000) 96 Morath, Lee, Weise, priv. Comm. D- 50 MeV D D+ Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12 Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

Phasendiagramm stark wechselwirkender Materie Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

Hohe Baryonendichte @ CBM Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

Diagnostische Sonden der dichten Phase Bisher keine Messung bei FAIR Energien

FAIR-Experimente: NuSTAR 28/03/2017 NuSTAR Super-FRS Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

FRS und Super-FRS im Vergleich Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12 Nuklidkarte Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

Elementsynthese in Sternen Pfad der Elementsynthese in Sternexplosionen (Supernova) r-Prozess rp-Prozess Terra Incognita Terra Incognita Terra Incognita Anzahl der Protonen Fe Anzahl der Neutronen Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12 NuSTAR Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

FAIR-Experimente: APPA 28/03/2017 APPA Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12 Plasmen Teilchen / cm3 Temperature [eV] Jupiter Laser Heating Sun Surface Magnetic Fusion solid state density PHELIX Sun Core Inertial Fusion Energy XFEL SIS 18 Ion Beam SIS 100 Strongly coupled plasmas Ideal plasmas FLASH Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12 29

Große elektromagnetische Felder Laser Schwerionen 10-21 s Pulse entspricht I ≥ 1028 W/cm2 (adapted from Mourou, Tajima, Bulanov, RMP 78, 2006) 10-15 s Pulse Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12 30

Paritätsverletzung g Z e N 2E1 (PNC) Energy levels of He-like uranium 2E1 (PNC) Mischung zwischen Zuständen entgegengesetzter Parität: Kleine Energiedifferenz! Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12 31

Nuklearmedizin 12C Therapie @ GSI Kleinzelliges Lungenkarzinom Adenoid-zystisches Karzinom Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12 ESA @ GSI & FAIR definition of GCR? I added the next foil which is from Dieter, I think this is easier for quickly catching the idea Later you use 'atomic number' instead of 'charge number' ! the terms should be consistent Durante & Cucinotta, Nature Rev. Cancer (2008) Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

Modularisierte Startversion 28/03/2017 M0 M1 M2 M3 CBM/HADES APPA Experimente M1: APPA M1: CBM/HADES M2: NuSTAR M3: PANDA PANDA NuSTAR Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12 Zeitlicher Ablauf 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 6 7 8 9 10 11 12 Bauanträge Baustelleneinrichtung Ausschreibungen Bau Bau der Beschleuniger- und Detektorkomponenten Fertigstellung Rohbau Installation Beschleuniger und Detektoren Datennahme 6 7 8 9 11 12 10 Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12 Probebohrungen 31.8.11 Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12 Baufeldfreimachung 6.12.11 Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12 Vielen Dank! Günther Rosner Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12