Festiwal Nauki - 2004 Politechnika Warszawska Wydział Fizyki.

Prezentacja na temat: "Festiwal Nauki - 2004 Politechnika Warszawska Wydział Fizyki."— Zapis prezentacji:

1 Festiwal Nauki Politechnika Warszawska Wydział Fizyki

2 Krystyna Wosińska Zakład Fizyki Jądrowej Pracownia Reakcji Ciężkich Jonów

3 Droga Mleczna – nasza Galaktyka

4 Inne galaktyki... Galaktyki sfotografowane przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a skierowany na „pusty” obszar nieba w Wielkiej Niedźwiedzicy.

5 Charakterystyczne linie widmowe pierwiastków
Obserwujemy przesunięcie linii widmowych galaktyk ku czerwieni Efekt Dopplera Ucieczka galaktyk

6 v = H·r Prawo Hubble’a (1929):
Prędkość ucieczki galaktyk rośnie wraz z odległością: v = H·r v – prędkość galaktyki r – odległość galaktyki H – stała Hubble’a

7 Zasada kosmologiczna:
We Wszechświecie nie ma wyróżnionych miejsc. Wszechświat z każdego miejsca "wygląda" tak samo.

8 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)

9 Wynik (2003): Wszechświat jest płaski!
Pomiary promieniowania mikrofalowego wykonane przez sondę wystrzeloną Wynik (2003): Wszechświat jest płaski!

10 Obserwowane rozszerzanie się Wszechświata prowadzi do wniosku, że kiedyś Wszechświat był mniejszy.
Wielki Wybuch 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.

11 Jakie są najmniejsze składniki materii?
Co tam jest w środku...?

12 atom jądro proton neutron elektron kwark

13 Każdej cząstce odpowiada antycząstka
Cząstki przenoszące oddziaływania: Elektromagnetyczne foton Słabe W+,W-,Z0 Silne gluon Każdej cząstce odpowiada antycząstka

14 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

15 Jak wytworzyć plazmę kwarkowo-gluonową?
Zwiększyć: ciśnienie temperaturę Takie warunki panowały we Wszechświecie tuż po Wielkim Wybuchu

16 Historia Wszechświata
Nie potrafimy opisać Wszechświata w tej fazie. Wszechświat rozszerza się bardzo szybko. Nierozróżnialne oddziaływania są w równowadze z materią i antymaterią. Temperatura 1032 K

17 Historia Wszechświata
Dalsze rozszerzanie – maleje gęstość i temperatura. Oddziaływanie silne oddziela się od oddziaływań elektrosłabych. Materia w postaci plazmy kwarkowo-gluonowej. Temperatura 1027 K

18 Historia Wszechświata
Kwarki łączą się w protony i neutrony. Antymateria zaczyna zanikać - promieniowanie ma zbyt małą energię, aby ją wytwarzać. Temperatura 1010 K

19 Historia Wszechświata
3 minuty Protony i neutrony tworzą lekkie jądra (D, He, Li). Ustala się zawartość lekkich izotopów we Wszechświecie. Temperatura 109 K

20 Historia Wszechświata
lat Powstają atomy – elektrony zostają wychwycone przez jądra. Materia staje się przezroczysta dla fotonów. Z tego okresu pochodzi obserwowane obecnie promieniowanie reliktowe. Temperatura 6000 K

21 Historia Wszechświata
lat Powstawanie galaktyk i gwiazd. Synteza jądrowa w gwiazdach – powstawanie pierwiastków ciężkich. Temperatura 18 K

22 Historia Wszechświata
lat Chwila obecna Temperatura 2,7 K

23 Jak możemy zweryfikować teorię Wielkiego Wybuchu?

24 Plazma kwarkowo-gluonowa
Wczesny Wszechświat Temperatura, K Tc=31012 K Gwiazdy neutronowe 1 10 Względna gęstość materii jądrowej

25 Zderzenia jąder o wielkich energiach – wytwarza się stan materii o wysokiej temperaturze i ciśnieniu. czas Emisja cząstek Gaz hadronowy Faza mieszana Plazma kwarkowo-gluonowa Stan przedrównowagowy przestrzeń

26 RHIC - Relativistic Heavy IonCollider
Brookhaven National Laboratory, Long Island (USA) Eksperyment rozpoczęty w 2000 roku RHIC - Relativistic Heavy IonCollider (Relatywistyczny Zderzacz Ciężkich Jonów)

27 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.

28 RHIC Energia zderzenia Ecms = 200 GeV Tysiące zderzeń na sekundę Podczas zderzenia wytwarza się temperatura 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

29 Cztery eksperymenty na zderzaczu RHIC
Rejestracja cząstek Cztery eksperymenty na zderzaczu RHIC

30 Rejestracja cząstek

31 Ekperyment STAR E = mc2 Zamiana energii w masę

32 W poszukiwaniu plazmy kwarkowo-gluonowej...
W zderzeniu dwóch jąder ołowiu... ...mogą powstać nowe cząstki zwane J/PSI

33 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...

34 Thomas K Hemmick, Stony Brook University Quark Matter 2004, Oakland CA
ośrodek? brak ośrodka Medium? No Medium! Nucleus- nucleus collision Proton/deuteron Zderzenie jądro-jądro Zderzenie proton-deuteron Thomas K Hemmick, Stony Brook University Quark Matter 2004, Oakland CA

35 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

36 Następne przygotowywane eksperymenty:
LHC (Large Hadron Colider) – 2007r. Wielki Zderzacz Jonów CERN Genewa (Szwajcaria/ Francja)

37 Eksperyment ALICE

38 Nowe możliwości badania materii
RHIC LHC Energia (GeV) Liczba rejestrowanych cząstek Temperatura (T/Tc) ,9 Gęstość energii (GeV/fm3) Czas „życia” plazmy kwarkowo-gluonowej (fm/c) razy ? 3,0-4, goręcej gęściej  dłużej Quark Matter 2004, Oakland CA Yves Schutz

39 Eksperyment ALICE 937 naukowców 77 instytutów 28 krajów
Grupa naukowców i studentów z Wydziału Fizyki P.W.