Reise ins Innerste der Materie

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

2. Facility for Antiproton and Ion Research Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

3. FAIR-Beschleunigeranlage Grundlagenforschung • Kern- und Teilchenphysik • Astrophysik • Atomphysik • Plasmaphysik GSI FAIR SIS18 p-Linac SIS100/300 UNILAC 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 HESR FAIR-Eigenschaften • Derzeit größtest Projektder Kern- und Teilchenphysik(> 1 Milliarde € Invest.mittel) • Kompakte Bauweise durchRingbeschleuniger • Millionenfache Nutzungdes Strahls in Speicherringen CR &RESR CryRing NESR 100 m Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

4. Beschleuniger Kompakt& kosteneffektiv SupraleitendeMagnetedB/dt~ 4T/s HoheStrahlqualität Elektronen& stochastischeKühlung XHV @ HoherStrahlintensität Hochvakuum ~10-13 mbar SchnelleBeschleunigungFerrit& MA KavitätenGroßer Gradient, variable Frequenz Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

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

6. Elementare Bausteine Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

7. 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. Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

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

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

10. Quanten-Chromo-Dynamik QED: QCD: Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

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

12. FAIR-Experimente: PANDA PANDA Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

13. Exotische Hadronen PANDA @ FAIR Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

14. Anti-Proton Annihilation @ DA PANDA Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

15. Exotische Mesonen QCD Gitterrechnungen Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

16. Schwere Energiebälle Morningstar & Peardon, PRD60(1999)34509Morningstar & 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. Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

17. FAIR-Experimente: CBM CBM Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

18. Hadronen in Kernen p- 25 MeV p p+ K+ K 100 MeV K- D D- 50 MeV D+ Hayaski, PLB 487 (2000) 96 Morath, Lee, Weise, priv. Comm. • Vorhersage: Änderung der Hadronenmasse • aufgrundpartiellerWiederherstellung der ChiralenSymmetrie • Leichte Quarks sensitiv auf Quark-KondensatimVakuum • Mesonenmitschwereren Quarks sensitiv auf Gluonen-Kondensat • SpontaneSymmetriebrechung Vakuum Kern Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

19. Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

20. Phasendiagramm stark wechselwirkender Materie Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

21. Hohe Baryonendichte @ CBM Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

22. Diagnostische Sonden der dichten Phase Bisher keine Messung bei FAIR Energien

23. FAIR-Experimente: NuSTAR Super-FRS NuSTAR Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

24. FRS und Super-FRS im Vergleich FRS Super-FRS 150m Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

25. Nuklidkarte Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

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

27. NuSTAR Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

28. FAIR-Experimente: APPA APPA Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

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

30. Großeelektromagnetische Felder Schwerionen Laser entsprichtI ≥ 1028 W/cm2 (adapted from Mourou, Tajima, Bulanov, RMP 78, 2006) 10-15 s Pulse 10-21 s Pulse Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

31. Paritätsverletzung Energy levels of He-like uranium 2E1 (PNC) g N N N N e e Z e e MischungzwischenZuständenentgegengesetzterParität: KleineEnergiedifferenz! Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

32. Nuklearmedizin KleinzelligesLungenkarzinom 12CTherapie@ GSI Adenoid-zystischesKarzinom Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

33. ESA @ GSI & FAIR Durante & Cucinotta, Nature Rev. Cancer (2008) Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

34. Modularisierte Startversion M0 M3 M1 M3 M2 CBM/HADES APPA Experimente M1: APPA M1: CBM/HADES M2: NuSTAR M3: PANDA PANDA NuSTAR Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

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

36. Probebohrungen 31.8.11 Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

37. Baufeldfreimachung 6.12.11 Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12

38. Vielen Dank! Wissenschaft für Alle, GSI Darmstadt, 15.2.12