Wielki wybuch, ciemna materia a optyka morza:
jak oceanografia może wspomóc kosmologię i
fizykę cząstek elementarnych
IOPAN, Sopot, 29 września 2005
IOPAN, Sopot, 29 września 2005
Jacek Piskozub – wykład habilitacyjny
Przygotuj się do egzaminów
Studiuj dzięki licznym zasobom udostępnionym na Docsity
Otrzymaj punkty, aby pobrać
Zdobywaj punkty, pomagając innym studentom lub wykup je w ramach planu Premium
Informacje i wskazówki
Przygotuj się do egzaminów
Studiuj dzięki licznym zasobom udostępnionym na Docsity
Otrzymaj punkty, aby pobrać
Zdobywaj punkty, pomagając innym studentom lub wykup je w ramach planu Premium
Społeczność
Ranking uczelni
Odkryj najlepsze uniwersytety w twoim kraju, według użytkowników Docsity
Bezpłatne poradniki
Nasze e-booki ratujące uczniów i studentów!
Pobierz bezpłatnie nasze przewodniki na temat technik studiowania, metod panowania nad stresem, wskazówki do przygotowania do prac magisterskich opracowane przez wykładowców Docsity
Wielki wybuch, ciemna materia a optyka morza, Prace dyplomowe z Ocean dynamics
Jak oceanografia może wspomóc kosmologię i fizykę cząstek elementarnych
Typologia: Prace dyplomowe
2019/2020
1 / 30
Pobierz cały dokument
poprzez zakup abonamentu Premium
i zdobądź brakujące punkty w ciągu 48 godzin
Dokumenty powiązane
Podgląd częściowego tekstu
Pobierz Wielki wybuch, ciemna materia a optyka morza i więcej Prace dyplomowe w PDF z Ocean dynamics tylko na Docsity!
Wielki wybuch, ciemna materia a optyka morza:
jak oceanografia może wspomóc kosmologię i
fizykę cząstek elementarnych
IOPAN, Sopot, 29 września 2005
IOPAN, Sopot, 29 września 2005
Jacek Piskozub – wykład habilitacyjny
Plan wykładu
●
Dlaczego fizycy sądzą, że czegoś im brakuje?
Dlaczego fizycy sądzą, że czegoś im brakuje?
●
Czego im brakuje?
Czego im brakuje?
●
Jak i gdzie tego szukać?
Jak i gdzie tego szukać?
●
Dlaczego akurat w oceanie?
Dlaczego akurat w oceanie?
●
Co już zrobiono i jakie są plany?
Co już zrobiono i jakie są plany?
Ogólna Teoria Względności
●
G
G
μνμν
- tensor Einsteina (ugięcia)
- tensor Einsteina (ugięcia)
●
T
T
μν
μν
- tensor napięcia i energii
- tensor napięcia i energii
●
g
g
μνμν
- tensor metryczny
- tensor metryczny
●
Λ – stała kosmologiczna
Λ – stała kosmologiczna
●
G – stała grawitacji
G – stała grawitacji
Albert Einstein
Albert Einstein
●
1916: ogłoszenie Ogólnej Teorii Względności
1916: ogłoszenie Ogólnej Teorii Względności
●
1917: dodanie stałej kosmologicznej
1917: dodanie stałej kosmologicznej
●
1931: “największy błąd życia”
1931: “największy błąd życia”
Ogólna Teoria Względności
Rozwiązania:
Względna wielkość Wszechświata w funkcji czasu dla
Względna wielkość Wszechświata w funkcji czasu dla
kilku wartości gęstości materii i stałej kosmologicznej
kilku wartości gęstości materii i stałej kosmologicznej
(
( NASA 1999
NASA 1999 )
)
Friedman (1922)
Friedman (1922)
Lemaitre (1927)
Lemaitre (1927)
Rozwiązanie zależy od
Rozwiązanie zależy od
gęstości Wszechświata:
gęstości Wszechświata:
m
m
v
v
>1 geometria zamknięta
>1 geometria zamknięta
Ω<1 geometria otwarta
Ω<1 geometria otwarta
Ω=1 geometria płaska
Ω=1 geometria płaska
(euklidesowa)
(euklidesowa)
Promieniowanie tła, c.d.
Wyniki misji WMAP wskazują na płaską geometrię
Wyniki misji WMAP wskazują na płaską geometrię
Wszechświata (
Wszechświata ( Ω
Benett C.L. et al. 2003, Spergel et al. 2003)
Benett C.L. et al. 2003, Spergel et al. 2003)
Dlaczego aż tak (
) izotropowe?
Mapa anizotropii promieniowania tła zarejestrowanego
Mapa anizotropii promieniowania tła zarejestrowanego
przez misję WMAP (NASA, 2003)
przez misję WMAP (NASA, 2003)
Kosmiczna inflacja
Wszechświat inflacyjny (
Wszechświat inflacyjny ( Linde, 1994, Sci. Am., 271 (5), 48-
Linde, 1994, Sci. Am., 271 (5), 48- )
)
Płaski i izotropowy Wszechświat da się wyjaśnić eksponencjalnym
Płaski i izotropowy Wszechświat da się wyjaśnić eksponencjalnym
(wykładniczym) wzrostem jego rozmiarów w ciągu piewszych 10
(wykładniczym) wzrostem jego rozmiarów w ciągu piewszych 10
s
s
po Wielkim Wybuchu (
po Wielkim Wybuchu ( Guth A.H., 1981; Linde A., 1982
Guth A.H., 1981; Linde A., 1982 )
Gdzie jest brakująca masa?
Wyniki pomiarów ruchu galaktyk w gromadach oraz
Wyniki pomiarów ruchu galaktyk w gromadach oraz
modelowanie sugerują wartość
modelowanie sugerują wartość Ω
m
m
Eke V.R., Cole S. & Frenk C.S. 1996; Eke V.R. et al. 1998
Eke V.R., Cole S. & Frenk C.S. 1996; Eke V.R. et al. 1998 )
Wyniki zliczania masy Wszechświata
Ile jest właściwie atomów?
Alpher, Bethe i Gamow zaproponowali
Alpher, Bethe i Gamow zaproponowali
w 1948 r. model tworzenia pierwiastków
w 1948 r. model tworzenia pierwiastków
po Wielkim Wybuchu tłumaczący ich
po Wielkim Wybuchu tłumaczący ich
rozpowszechnienie we Wszechświecie.
rozpowszechnienie we Wszechświecie.
Porównanie uaktualnionego modelu
Porównanie uaktualnionego modelu
αβγ”
αβγ” z danymi astronomicznymi
z danymi astronomicznymi
sugeruje wartość dla materii barionowej
sugeruje wartość dla materii barionowej
(atomowej)
(atomowej) Ω
bb
Schramm & Turner 1998
Schramm & Turner 1998 )
Peebles et al., 1994, Sci. Am., 271 (4),
Peebles et al., 1994, Sci. Am., 271 (4),
53-57 za Schramm & Turner 1998, Rev.
53-57 za Schramm & Turner 1998, Rev.
Mod. Phys 70, 303
Mod. Phys 70, 303
Teoria nukleosyntezy Wielkiego Wybuchu
Supernowe, c.d.
Wyniki oberwacji dalekich
Wyniki oberwacji dalekich
supernowych typu Ia
supernowych typu Ia
dowodzą, że przez pierwsze
dowodzą, że przez pierwsze
10 mld lat tempo
10 mld lat tempo
rozszerzania Wszechświata
rozszerzania Wszechświata
malało. Od 5 mld lat stała
malało. Od 5 mld lat stała
kosmologiczna dominuje
kosmologiczna dominuje
nad grawitacją:
nad grawitacją:
Wszechświat przyśpiesza!
Wszechświat przyśpiesza!
Najpierw spowolnienie, potem przyśpieszenie
Średnia gęstość materii i “ciemnej energii”
Średnia gęstość materii i “ciemnej energii”
(stałej kosmologicznej) wyliczona z danych dla
(stałej kosmologicznej) wyliczona z danych dla
odległych supernowych Ia ( odległych supernowych Ia ( Krauss L.M., 1999,Krauss L.M., 1999,
Sci. Am., 280 (1), 52-
Sci. Am., 280 (1), 52- )
)
Współcześnie:
Współcześnie:
m
m
Λ
Λ
Z czego zbudowany jest Wszechświat?
Współczesne dane kosmologiczne prezentowane w przestrzeni
Współczesne dane kosmologiczne prezentowane w przestrzeni Ω
Ω
m
m
i
i Ω
Ω
Λ
Λ
(
( Ostriker JP, Steinhardt PJ, 2001, Sci. Am., 284 (1), 46-
Ostriker JP, Steinhardt PJ, 2001, Sci. Am., 284 (1), 46- )
)
S
S
kład Wszechświata:
kład Wszechświata:
●
73% ciemna energia
73% ciemna energia
●
23% ciemna materia
23% ciemna materia
●
4% materia atomowa
4% materia atomowa
Czym jest ciemna materia?
Możliwości:
Możliwości:
●
gaz lub pył
gaz lub pył
- byłby zauważalny
- byłby zauważalny
●
MACHO
MACHO
s (
s ( Massive Compact Halo
Massive Compact Halo
Objects
Objects ) – nie świecące ciała
) – nie świecące ciała
wielkości pomiędzy planetą a gwiazdą
wielkości pomiędzy planetą a gwiazdą
●
WIMP
WIMP
s – (
s – ( Weakly Interacting Massive
Weakly Interacting Massive
Particles
Particles ) – egzotyczne cząstki
) – egzotyczne cząstki
elementarne
elementarne
MACHOs & WIMPs.
Krzyż Einsteina: przykład
Krzyż Einsteina: przykład
soczewki grawitacyjnej
soczewki grawitacyjnej
(Odkrycie:
(Odkrycie: Schild R.E., 1996
Schild R.E., 1996
Astroph. J.., 464 (1): 125-
Astroph. J.., 464 (1): 125- )
)
W 1985 r. Bohdan Paczyński zaproponował szukanie MACHOs za
W 1985 r. Bohdan Paczyński zaproponował szukanie MACHOs za
pomocą zliczania epizodów soczewkowania światła gwiazd.
pomocą zliczania epizodów soczewkowania światła gwiazd.
Dotychczasowe badania wykazały, że MACHOs stanowią <10%
Dotychczasowe badania wykazały, że MACHOs stanowią <10%
ciemnej materii w Galaktyce.
ciemnej materii w Galaktyce.
Cząstki elementarne
Model standardowy przewiduje istnienie wszystkich znanych
Model standardowy przewiduje istnienie wszystkich znanych
cząstek elementarnych (i kilku nieznanych). Nie uwzględnia
cząstek elementarnych (i kilku nieznanych). Nie uwzględnia
grawitacji. Ma 19+10 swobodnych parametrów.
grawitacji. Ma 19+10 swobodnych parametrów.
Model standardowy
Źródło: G. Kane, 2005, Sci. Am., 293 (1), 40-48 Źródło: G. Kane, 2005, Sci. Am., 293 (1), 40-
Jak wykryć ciemną materię?
Metody wykrywania i projekty:
Metody wykrywania i projekty:
●
Rozproszenie elastyczne na
Rozproszenie elastyczne na
sieci krystalicznej: jonizacja i
sieci krystalicznej: jonizacja i
fonony (CDMS - USA;
fonony (CDMS - USA;
DAMA - Włochy, HDMS –
DAMA - Włochy, HDMS –
Niemcy, EDELWEISS –
Niemcy, EDELWEISS –
Francja, Picassi - Kanada)
Francja, Picassi - Kanada)
●
Rozproszenia elastyczne w
Rozproszenia elastyczne w
ciekłym ksenonie:
ciekłym ksenonie:
scyncylacja i jonizacja
scyncylacja i jonizacja
(ZEPLIN - Anglia; XENON -
(ZEPLIN - Anglia; XENON -
USA)
USA)
●
Poszukiwanie neutrin
Poszukiwanie neutrin
pochodzące z rozpadu
pochodzące z rozpadu
WIMP-ów we wnętrzu Ziemi
WIMP-ów we wnętrzu Ziemi
lub Słońca
lub Słońca
Detektor ZEPLIN IV: 1 tona ciekłego Detektor ZEPLIN IV: 1 tona ciekłego
ksenonu, kopalnia Boulby (Anglia)
ksenonu, kopalnia Boulby (Anglia)
Zasada działania detektora ciemnej
Zasada działania detektora ciemnej
materii metodą pośrednią: wykrywanie
materii metodą pośrednią: wykrywanie
ciemnej materii anihilowanej w środku
ciemnej materii anihilowanej w środku
Ziemi (WIMP
Ziemi (WIMP →
→ neutrino
neutrino →
→ mion)
mion)
Promieniowanie Czerenkowa
Cząstki elementarne
Cząstki elementarne
poruszjące się w wodzie
poruszjące się w wodzie
z prędkością
z prędkością
nadświetlną wytwarzają
nadświetlną wytwarzają
snop światła (<
snop światła (< °
WIMP-y mogą podlegać
WIMP-y mogą podlegać
anihilacji wewnątrz Ziemi,
anihilacji wewnątrz Ziemi,
Słońca lub w centrum
Słońca lub w centrum
Galaktyki. Powstają przy tym
Galaktyki. Powstają przy tym
neutrina, rozpadające się na
neutrina, rozpadające się na
cząstki, mogące wywoływać
cząstki, mogące wywoływać
świecenie wody w detektorze.
świecenie wody w detektorze.
Przykład śladu mionu wykrytego dzieki promieniowaniu
Przykład śladu mionu wykrytego dzieki promieniowaniu
Czerenkowa (
Czerenkowa ( Kearns E., 1999, Sci. Am., 281 (2), 64-
Kearns E., 1999, Sci. Am., 281 (2), 64- )
)