Warum verschwand die Antimaterie? Sebastian Frank Wilhelm Macke Award

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

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

Warum verschwand die Antimaterie? 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+ Sebastian Frank Warum verschwand die Antimaterie?

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

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!!! Sebastian Frank Warum verschwand die Antimaterie?

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

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

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!) Sebastian Frank Warum verschwand die Antimaterie?

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 Sebastian Frank Warum verschwand die Antimaterie?

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? Sebastian Frank Warum verschwand die Antimaterie?

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

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

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 … Sebastian Frank Warum verschwand die Antimaterie?

„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“! Sebastian Frank Warum verschwand die Antimaterie?

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“ Sebastian Frank Warum verschwand die Antimaterie?

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

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

Warum verschwand die Antimaterie? 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 Sebastian Frank Warum verschwand die Antimaterie?

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

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 Sebastian Frank Warum verschwand die Antimaterie?

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

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

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

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

Warum verschwand die Antimaterie? 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? 24 % !!! Sebastian Frank Warum verschwand die Antimaterie?

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