1 Dlaczego we Wszechświeciejest raczej coś niż nic ? KRZYSZTOF TURZYŃSKI Wydział Fizyki UW
2 W GŁĄB MATERII... OBIEKT MATERIALNY
3 W GŁĄB MATERII... ROBIMY ZBLIŻENIE...
4 W GŁĄB MATERII... CZĄSTECZKA CUKRU ...a dookoła niej 571 cząsteczek wody
5 W GŁĄB MATERII... ATOM WODORU
6 W GŁĄB MATERII... d KWARKI W PROTONIE
7 W GŁĄB MATERII... ? CO DALEJ ??? NIE WIADOMO...
8 MATERIA - ANTYMATERIA ANTYMATERIA (antycząstki) MATERIA (cząstki)antywodór antyproton antyneutron antyelektron (pozyton) MATERIA (cząstki) atom (np. wodoru) proton neutron elektron teoria przewiduje składniki wszystkich substancji na Ziemi nie występują naturalnie na Ziemi, chociaż...
9 MATERIA - ANTYMATERIA równe masy (i spiny) cząstki i antycząstki mają:przeciwne ładunki UWAGA !!! ISTNIEJĄ CZĄSTKI (np. foton), KTÓRE SĄ SAME SWOIMI ANTCZĄSTKAMI. ICH ŁADUNEK JEST WTEDY RÓWNY 0.
10 MATERIA - ANTYMATERIA e - e + e - e +kiedy cząstka spotyka antycząstkę, obydwie ANIHILUJĄ w promieniowanie e + możliwa jest reakcja odwrotna (jeśli promieniowanie ma dostatecznie dużą energię) e - e +
11 MATERIA - ANTYMATERIA KSIĘŻYC MARS SŁOŃCEDef. ZIEMIA SKŁADA SIĘ Z MATERII Wniosek. UKŁAD SŁONECZNY SKŁADA SIĘ Z MATERII. Gdyby gdzieś we wszechświecie było dużo antymaterii... KSIĘŻYC MARS MATERIA ANTYMATERIA wielkie ilości promieniowania SŁOŃCE NASA
12 MATERIA - ANTYMATERIA CZĄSTKA + ANTYCZĄSTKA ENERGIA (PROMIENIOWANIE)E = mc2 ( + energia ruchu) Przykład. Energia wydzielona w reakcji 1 kg materii i 1 kg antymaterii = energia elektryczna zużywana w Polsce przez 17 dni. ton węgla 200 ton uranu (3.5 % 235U)
13 MATERIA - ANTYMATERIA ŹRÓDŁA ANTYMATERII P AKCELERATORYGÓRNE WARSTWY ZIEMSKIEJ ATMOSFERY W historii wytworzono g antymaterii, w tym kilkadziesiąt antyatomów...
14 P Wniosek. Raczej potrzebujemy energii do produkcji antymaterii niż odwrotnie.
15 MATERIA - ANTYMATERIA FIZYCY MÓWIĄ : BARION LEPTONNa cząstki składające się z 3 kwarków i oddziaływające silnie ( i odpowiednio ANTYBARION) LEPTON Na cząstki fundamentalne nieoddziaływające silnie (z wyłaczeniem higgsa) (i odpowiednio ANTYLEPTON) Ustanowienie przewagi materii (barionów) nad antymaterią to BARIOGENEZA
16 MATERIA - ANTYMATERIA e - e + E = mc2 PRZED: PO:Bardzo lekkie cząstki me = 002 kg PO: Promieniowanie o bardzo dużej energii (tzw. promieniowanie gamma)
17 Z GŁĘBI CZASU czyli KRÓTKA HISTORIA WSZECHŚWIATA od WIELKIEGO WYBUCHUPOCZĄWSZY
18 Z GŁĘBI CZASU... w pierwszych chwilach po WIELKIM WYBUCHU Wszechświat wypełniony bardzo gęstą i gorącą "zupą" cząstek i promieniowania w miarę upływu czasu Wszechświat rozszerza się i stygnie
19 Z GŁĘBI CZASU... Ważniejsze daty w historii Wszechświata czas temp.możliwe zjawiska 10 – 43 s 10 32 K silna grawitacja; konieczna kwantowa teoria grawitacji 10 – 37 s >10 29 K oddziaływania silne i elektrosłabe są zunifikowane – Teorie Wielkiej Unifikacji 10 – 33 s 10 27 K rozdzielenie się oddziaływań silnych i elektrosłabych 10 – 9 s 10 15 K rozdzielenie się oddziaływań słabych i elektromagnetycznych (zakres energii osiągalny w akceleratorach) 10 – 2 s 10 13 K kwarki i gluony łączą się w protony i neutrony 100 s 10 9 K nukleosynteza – protony i neutrony łączą się w jądra atomowe 10 6 lat 10 3 K fotony oddzielają się od materii; powstaje promieniowanie tła (astronomia optyczna i radiowa nie mogą spojrzeć w głąb czasu dalej niż do tej epoki) 10 10 lat 3 K dzień dzisiejszy – istnieją galaktyki (gwiazdy stanowią lokalne gorące plamy) i życie; istnieje promieniowanie tła <10 32 lat cała materia ulegnie erozji, o ile nie nastąpi grawitacyjne zapadnięcie się Wszechświata; jeżeli do niego dojdzie, to być może nastąpi nowy Wielki Wybuch. Jeśli tak – to czy cały cykl ulegnie powtórzeniu?
20 Z GŁĘBI CZASU... BIG
21 Z GŁĘBI CZASU... BANG
22 Z GŁĘBI CZASU...
23 Z GŁĘBI CZASU...
24 Z GŁĘBI CZASU...
25 Z GŁĘBI CZASU...
26 Z GŁĘBI CZASU...
27 Z GŁĘBI CZASU...
28 Z GŁĘBI CZASU...
29 Z GŁĘBI CZASU...
30 Z GŁĘBI CZASU...
31 Z GŁĘBI CZASU...
32 Z GŁĘBI CZASU... UPROSZCZENIA !!!
33 Z GŁĘBI CZASU... WSZECHŚWIAT SIĘ ROZSZERZA
34 Z GŁĘBI CZASU... WSZECHŚWIAT SIĘ ROZSZERZA
35 Z GŁĘBI CZASU... WSZECHŚWIAT SIĘ ROZSZERZA
36 Z GŁĘBI CZASU... WSZECHŚWIAT SIĘ ROZSZERZA
37 Z GŁĘBI CZASU... WSZECHŚWIAT STYGNIE
38 Z GŁĘBI CZASU... WSZECHŚWIAT STYGNIE
39 Z GŁĘBI CZASU... WSZECHŚWIAT STYGNIE
40 Z GŁĘBI CZASU... WSZECHŚWIAT STYGNIE
41 Z GŁĘBI CZASU... WSZECHŚWIAT STYGNIE
42 Z GŁĘBI CZASU... WSZECHŚWIAT STYGNIE
43 Z GŁĘBI CZASU... WSZECHŚWIAT STYGNIE
44 Z GŁĘBI CZASU... WSZECHŚWIAT STYGNIE
45 Z GŁĘBI CZASU... BIG
46 Z GŁĘBI CZASU... BANG
47 Z GŁĘBI CZASU...
48 Z GŁĘBI CZASU...
49 Z GŁĘBI CZASU...
50 Z GŁĘBI CZASU...
51 Z GŁĘBI CZASU...
52 Z GŁĘBI CZASU...
53 Z GŁĘBI CZASU...
54 Z GŁĘBI CZASU...
55 Z GŁĘBI CZASU...
56 Z GŁĘBI CZASU...
57 Z GŁĘBI CZASU... WSZECHŚWIAT SIĘ ROZSZERZA
58 Z GŁĘBI CZASU... WSZECHŚWIAT SIĘ ROZSZERZA
59 Z GŁĘBI CZASU... WSZECHŚWIAT SIĘ ROZSZERZA
60 Z GŁĘBI CZASU... WSZECHŚWIAT SIĘ ROZSZERZA
61 Z GŁĘBI CZASU... WSZECHŚWIAT STYGNIE
62 Z GŁĘBI CZASU... WSZECHŚWIAT STYGNIE
63 Z GŁĘBI CZASU... WSZECHŚWIAT STYGNIE
64 Z GŁĘBI CZASU... WSZECHŚWIAT STYGNIE
65 Z GŁĘBI CZASU... WSZECHŚWIAT STYGNIE
66 Z GŁĘBI CZASU... WSZECHŚWIAT STYGNIE
67 Z GŁĘBI CZASU... WSZECHŚWIAT STYGNIE
68 Z GŁĘBI CZASU... WSZECHŚWIAT STYGNIE
69 Z GŁĘBI CZASU... t = 10 – 41 s No = No ≈ N~ t = 1 s No / N~ = 10 – 9
70 REAKCJE W MATERII ZACHODZĄ TROCHĘ INACZEJ NIŻ W ANTYMATERIIWARUNKI SACHAROWA (NIEZBĘDNE DO WYPRODUKOWANIA NADMIARU MATERII) REAKCJE W MATERII ZACHODZĄ TROCHĘ INACZEJ NIŻ W ANTYMATERII (tzn. cząstki i antycząstki oddziałują w różny sposób)
71 W ZNANYCH CZĄSTKACH WIDAĆ TĘ RÓŻNICĘ, ALE BARDZO MAŁĄWARUNKI SACHAROWA W ZNANYCH CZĄSTKACH WIDAĆ TĘ RÓŻNICĘ, ALE BARDZO MAŁĄ (np. w rozpadach mezonów Ko, Bo...)
72 WARUNKI SACHAROWA A może istnieją jakieś nieznane dotąd cząstki, które „chętniej” rozpadają się na materię niż na antymaterię ?
73 WARUNKI SACHAROWA Skąd wziąć takie egzotyczne cząstki ?NIEOCZEKIWANE POSIŁKI !!! NEUTRINA MAJĄ MASĘ !!!
74 DYGRESJA Co to są neutrina ?wymyślone 1931 W. Pauli n p e zaobserwowane 1953 F. Reines ٧
75 WARUNKI SACHAROWA MASA NEUTRIN JEST MAŁA granica możliwościdoświadczalnych masy neutrin masy znanych cząstek
76 eleganckie rozwiązanie: znane neutrina mają bardzo ciężkich partnerówWARUNKI SACHAROWA eleganckie rozwiązanie: znane neutrina mają bardzo ciężkich partnerów granica możliwości doświadczalnych masy neutrin masy znanych cząstek masy partnerów neutrin czy możemy ich odkryć w akceleratorach ? NIE !!!
77 WARUNKI SACHAROWA NARUSZENIE SYMETRII MATERIA – ANTYMATERIAStatystycznie:
78 WARUNKI SACHAROWA RÓWNOWAGA TERMODYNAMICZNA E = mc2 + energia ruchuWszechświat stygnie
79 PODSUMOWANIE Wszechświat rozszerza się i stygnieWe Wszechświecie obserwujemy materię – nie antymaterię rozwiązanie (jedno z możliwych) – rozpady bardzo ciężkich partnerów neutrin w pierwszej sekundzie życia Wszechświata związek masy neutrin dominacja materii