390 likes | 569 Views
Festiwal Nauki - 2004. Politechnika Warszawska. Wydział Fizyki. Krystyna Wosińska Zakład Fizyki Jądrowej Pracownia Reakcji Ciężkich Jonów. Droga Mleczna – nasza Galaktyka. Inne galaktyki.
E N D
Festiwal Nauki - 2004 Politechnika Warszawska Wydział Fizyki
Krystyna Wosińska Zakład Fizyki Jądrowej Pracownia Reakcji Ciężkich Jonów
Inne galaktyki... Galaktyki sfotografowane przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a skierowany na „pusty” obszar nieba w Wielkiej Niedźwiedzicy.
Charakterystyczne linie widmowe pierwiastków Obserwujemy przesunięcie linii widmowych galaktyk ku czerwieni Efekt Dopplera Ucieczka galaktyk
Prawo Hubble’a (1929): Prędkość ucieczki galaktyk rośnie wraz z odległością: v = H·r v – prędkość galaktyki r – odległość galaktyki H – stała Hubble’a
Zasada kosmologiczna: • We Wszechświecie nie ma wyróżnionych miejsc. • Wszechświat z każdego miejsca "wygląda" tak samo.
Wszechświat rozszerza się Szybka ekspansja – zbyt mała gęstość materii, aby grawitacja mogła powstrzymać rozszerzanie (ujemna lub zerowa krzywizna Wszechświata – Wszechświat nieskończony) Wolna ekspansja – grawitacja powstrzymuje rozszerzanie i w przyszłości spowoduje kurczenie się Wszechświata (duża gęstość materii – dodatnia krzywizna Wszechświata – Wszechświat skończony)
Pomiary promieniowania mikrofalowego wykonane przez sondę wystrzeloną 30.06.2001. Wynik (2003): Wszechświat jest płaski! http://hep.fuw.edu.pl/u/zarnecki/elementy04/wyklad09.pdf
Obserwowane rozszerzanie się Wszechświata prowadzi do wniosku, że kiedyś Wszechświat był mniejszy. WielkiWybuch • Odległości między galaktykami równe zeru. • Czas rozpoczął się w chwili Wielkiego Wybuchu – nie ma sensu rozpatrywać, co było przedtem. • Gęstość materii nieskończona – osobliwość w równaniach matematycznych. • Materia w pierwszych chwilach po Wielkim Wybuchu w innej postaci niż obecnie.
Jakie są najmniejsze składniki materii? Co tam jest w środku...?
atom jądro proton neutron elektron kwark
Cząstki przenoszące oddziaływania: Elektromagnetyczne foton Słabe W+,W-,Z0 Silne gluon Każdej cząstce odpowiada antycząstka
Uwięzienie kwarków • Oddziaływanie między kwarkami rośnie wraz z odległością. • Próba rozdzielenia kwarków prowadzi do wytworzenia nowej pary kwark-antykwark (jest to proces korzystniejszy energetycznie). mezon D- mezon D+ mezon c Zamiana energii na masę
Jak wytworzyć plazmę kwarkowo-gluonową? • Zwiększyć: • ciśnienie temperaturę Takie warunki panowały we Wszechświecie tuż po Wielkim Wybuchu
Historia Wszechświata 10-43 s • Nie potrafimy opisać Wszechświata w tej fazie. • Wszechświat rozszerza się bardzo szybko. • Nierozróżnialne oddziaływania są w równowadze z materią i antymaterią. Temperatura 1032 K
Historia Wszechświata 10-34 s • Dalsze rozszerzanie – maleje gęstość i temperatura. • Oddziaływanie silne oddziela się od oddziaływań elektrosłabych. • Materia w postaci plazmy kwarkowo-gluonowej. Temperatura 1027 K
Historia Wszechświata 10-5 s • Kwarki łączą się w protony i neutrony. • Antymateria zaczyna zanikać - promieniowanie ma zbyt małą energię, aby ją wytwarzać. Temperatura 1010 K
Historia Wszechświata 3 minuty • Protony i neutrony tworzą lekkie jądra (D, He, Li). • Ustala się zawartość lekkich izotopów we Wszechświecie. Temperatura 109 K
Historia Wszechświata 300 000 lat • Powstają atomy – elektrony zostają wychwycone przez jądra. • Materia staje się przezroczystadla fotonów. • Z tego okresupochodzi obserwowane obecnie promieniowanie reliktowe. Temperatura 6000K
Historia Wszechświata 1 000 000 lat • Powstawanie galaktyk i gwiazd. • Synteza jądrowa w gwiazdach – powstawanie pierwiastków ciężkich. Temperatura 18K
Historia Wszechświata 13 700 000 lat • Chwila obecna Temperatura 2,7K
Plazma kwarkowo-gluonowa Wczesny Wszechświat Temperatura, K Tc=31012 K Gwiazdyneutronowe 1 10 Względna gęstość materii jądrowej
Zderzenia jąder o wielkich energiach – wytwarza się stan materii o wysokiej temperaturze i ciśnieniu. czas Emisja cząstek Gaz hadronowy Faza mieszana Plazma kwarkowo-gluonowa Stanprzedrównowagowy przestrzeń
Brookhaven National Laboratory, Long Island (USA) Eksperyment rozpoczęty w 2000 roku RHIC - Relativistic Heavy IonCollider (Relatywistyczny Zderzacz Ciężkich Jonów)
Akcelerator w tunelu 4 m pod ziemią przyspiesza przeciwbieżne wiązki jąder atomowych do prędkości 99,95 prędkości światła. Wiązka odchylana jest w polu magnetycznym wytwarzanym przez nadprzewodzące magnesy umieszczone w ciekłym helu o temperaturze 4,5 K.
RHIC • Energia zderzenia Ecms = 200 GeV • Tysiące zderzeń na sekundę • Podczas zderzenia wytwarza się temperatura 10 000 razy wyższa niż na Słońcu W eksperymentach bierze udział ponad 1000 fizyków z całego świata Grupa naukowców i studentów z Wydziału Fizyki P.W. uczestniczy w eksperymencie STAR
Rejestracja cząstek Cztery eksperymenty na zderzaczu RHIC
Ekperyment STAR E = mc2 Zamiana energii w masę
W poszukiwaniu plazmy kwarkowo-gluonowej... W zderzeniu dwóch jąder ołowiu... ...mogą powstać nowe cząstki zwane J/PSI http://info.fuw.edu.pl/~ajduk/Public/SCIENCE/qgp.html
W poszukiwaniu plazmy kwarkowo-gluonowej... Jeśli w zderzeniu powstanie plazma kwarkowo-gluonowa, to niektóre cząstki J/PSI ulegną zniszczeniu, za to powstaną inne cząstki – kwarki dziwne. Pojawi się też więcej cząstek rozpadających się na pary elektronowe. Badając, ile i jakich cząstek powstało w zderzeniu, możemy stwierdzić, czy uformowała się plazma kwarkowo-gluonowa i jak ewoluowała. Niestety, wyniki nie są jednoznaczne... http://info.fuw.edu.pl/~ajduk/Public/SCIENCE/qgp.html
Proton/deuteron nucleus collision Nucleus- nucleus collision ośrodek? brak ośrodka Medium? No Medium! Zderzenie jądro-jądro Zderzenie proton-deuteron Thomas K Hemmick, Stony Brook University Quark Matter 2004, Oakland CA
KONIEC poszukiwań plazmy kwarkowo-gluonowej The END of searching for the QGP POCZĄTEK badania jej własności • The BEGINNING of measuring its properties • 12D Correlations • Heavy Quarks • Direct Photons • Leptons • and its relation to CGC Miklos Gyulassy, Columbia University Quark Matter 2004, Oakland CA
Następne przygotowywane eksperymenty: LHC (Large Hadron Colider) – 2007r. Wielki Zderzacz Jonów CERN Genewa (Szwajcaria/ Francja)
Nowe możliwości badania materii RHIC LHC • Energia (GeV) 200 • Liczba rejestrowanych cząstek 850 • Temperatura (T/Tc) 1,9 • Gęstość energii (GeV/fm3) 5 • Czas „życia” plazmy 2 - 4 • kwarkowo-gluonowej (fm/c) 5500 28 razy 1500-8000 ? 3,0-4,2 goręcej 15-60 gęściej 10 dłużej Quark Matter 2004, Oakland CA Yves Schutz
Eksperyment ALICE 937 naukowców 77 instytutów 28 krajów Grupa naukowców i studentów z Wydziału Fizyki P.W.