Waar is al de antimaterie gebleven?

Rob Knegjens

De Large Hadron Collider

Geneve

Wat interessante LHC feiten

27km omtrek 9300 (supergeleide) magneten

Wereld's grootste koeling systeem

Wereld's grootste machine

Pre-koeling magneten naar -193.2 C: 10.000 tonne vloeibare stickstof Koeling naar -271.3 C: 120 tonne vloeibare helium

Heetste plek in ons sterrenstelsel Collisie interactie punten 100.000 keer heter dan de kern van de zon 600 million collisies per seconde

Waar is al de antimaterie gebleven?

Wat is antimaterie?

periodiek systeemvan Mendeleev

Alles!

Proton

n

P

Neutron

Elektron

Neutron

Wat kun je maken?

De bouwstenen van Materie

periodiek systeemvan Mendeleev

Alles!

Proton

n

P

Neutron

Elektron

Neutron

Wat kun je maken?

De bouwstenen van Materie

Ook de Munsterkerk

Proton (+1) Neutron (0)

De Elementaire deeltjes

Elektron (-1)

Proton (+1)

up

up

down

Neutron (0)

down

down

up

De Elementaire deeltjes

Elektron (-1)

Up (+2/3)

Down (-1/3)

Quarks

Proton (+1)

up

up

down

Neutron (0)

down

down

up

De Elementaire deeltjes

Elektron (-1)

Up (+2/3)

Down (-1/3)

Quarks

Radioactieve beta-verval:

+ + ?elektron (-1)proton (+1)Neutron

Proton (+1)

up

up

down

Neutron (0)

down

down

up

De Elementaire deeltjes

Elektron (-1)

Up (+2/3)

Down (-1/3)

Quarks

Radioactieve beta-verval:

+ + ?elektron (-1)proton (+1)Neutron

Neutrino (0)

Antimaterie

Revoluties begin vorige eeuw:– Relativiteitstheorie

– Quantum Mechanica

Paul Dirac (1928): relativistische quantum theorie!

Anti-materie deeltje:• Zelfde massa• Tegenovergestelde

lading

Voor elk materiedeeltje bestaat een antimateriedeeltje !

Antimaterie

Revoluties begin vorige eeuw:– Relativiteitstheorie

– Quantum Mechanica

Paul Dirac (1928): relativistische quantum theorie!

(iγμ∂μ-m)ψ=0

De anti-deeltjes

Positron (+1)

anti-Up (-2/3)

anti-Down (+1/3)

anti-Quarks

Carl Anderson in 1932(Nobelprijs 1936)

anti-up

anti-up

anti-down

Anti-Proton (-1)

Emilio Segrè and Owen Chamberlain in 1955(Nobelprijs 1959)

Instabiele deeltjes

Up

anti-Down

Pion Up

?Kaon

Mesonen:

En nog veel meer intsabiele deeltjes:Ω, ω, f, ρ, η, Σ, Λ, μ, ...

Lading

+2/3 e

-1/3 e

-1 e

0 e

quark

sle

pto

ne

n

(1956)

u

d

I

e

e

(1895)

t

b

III

(1973)

(2000)

(1978)

(1995)

c

s

II

(1936)

(1963)

(1947)

(1976)

Niet één serie, maar drie!

Materie

De elementaire deeltjes

De elementaire deeltjes

-2/3 e

+1/3 e

+1 e

0 e

u

d

c

s

t

b

e

e

Anti-materie

Lading IIII IILading

+2/3 e

-1/3 e

-1 e

0 e

quark

s

lepto

ne

n

Materie

(1956)

u

d

I

e

e

(1895)

t

b

III

(1973)

(2000)

(1978)

(1995)

c

s

II

(1936)

(1963)

(1947)

(1976)

(1932)

Hoe maak je anti-materie??

e+ e-

Albert Einstein: E=mc2

materie + antimaterie = licht !

(en vice versa)

e+ e-

u

u

Pion

_

Anti-materie in ziekenhuizen:de PET-scan

ee++ee

Fact en Fictie…

Citaten‘Door deeltjes te laten botsen, kunnen we de bouwstenen van het heelal leren kennen.’

‘Het is de energiebron van de toekomst. Duizendmaal zo krachtig als kernenergie.’

niet waarniet waar

Is een antimaterie bomb mogelijk?Totaal productie van CERN: 10 nano gram 4 uur:

Waar is de antimaterie gebleven?

Anti-materie??(waar is het gebleven)

Geen anti-materie met satellieten

Geen anti-materie sterrenstelsels

Heeft de natuur een voorkeur?

Andrei Sakharov (1921-1989)

“Sakharov Voorwaarden”

Asymmetrie in interacties van materie en antimaterie

Oerknal

tijd

+1Heelal

Zien wij zo'n asymmetrie?

Elektromagnetische Kracht

Sterke Kracht

Zwakke Kracht

Zwaartekracht

Nee

Nee

Nee

Ja!

De Zwakke Kracht

quark

s

u

d

I

t

b

III

c

s

IIQuarks kunnen van type veranderen

Asymmetrie:

ub ≠ ub_ _

Materie Anti-materie

Meson verval

In de praktijk: hoe vervallen Mesonen:

Asymmetrie:

≠

Materie Anti-materie

s_d ππ

Kaon

sd ππ

anti-Kaon

_

Asymmetrie in Kaon systeem: James Cronin and Val Fitch in 1964(Nobelprijs 1980)

Maar wij zien nog heel weinig asymmetrie...

Met huidige asymmetrie: netto een sterrenstelsel van Materie

De Realiteit in zichtbare heelal:

Materie sterrenstelsels: 170 miljard

Anti-materie sterrenstelsels: 0 ?

Zoektocht naar meer asymmetrie

bs_

B Mesonen

Gebruik zwaardere Mesonen!

Nodig: deeltjesversneller met hoge energie!

Albert Einstein: E=mc2

Proton Proton

B mesonanti-B meson

Op zoek naar materie-antimaterie asymmetrie:

Detectoren

ATLAS

LHCb

ALICECMS

LHCb Detectorb

s_

energie elektronen en fotonen

Muon detector

energie quark-deeltjes

positie en impuls geladen deeltjes

Magneet

Pion/Kaon onderschijden

Event in de LHCb detector

LHCb

CMS ALICE

ATLAS

mens

het grootste fototoestel op aarde

energie elektronen en fotonen

energie quark-deeltjes

positie en impuls geladen deeltjes

magneetmuon detector

magneet

Theorie

LHCb experiment

Data

Voorspellingen

Einde

Neutrinos sneller dan licht?

Afstand: 732 km, Tijd: 0.0024 s

0.00000006 seconde sneller dan licht

Het Standaardmodel

Het Higgs veld

Het Higgs veld

F = m a

Waar bestaat het heelal uit?

0% ANTI MATTER

Slechts 4% is normale materie…

Rotatie-curves

Rotatie-snelheid sterren

Donkere materie

Gravitationele lens

Donkere materie

Donkere materie is “doorgeschoten”: te zien met gravit. lens

Normale materie is “afgeremd”: te zien met X-rays

Botsende melkwegstelsels

Nobelprijs voor Kobayashi & Maskawa

• KM voorspelden in 1972 de 3de generatie quarks om kleine verschillen in materie en anti-materie te verklaren

Toshihide Maskawa Makoto Kobayashi

Verschil materie, anti-materie: Nobelprijs 2008

b

s

s

b

“Box” diagram: ΔB=2

b s

μ

μ

“Penguin” diagram: ΔB=1

Pech: 19 september

Sector 34

Test magneten op volle krachtKortsluiting tussen 2 magneten

Groot helium lek.Meerdere magneten zijngerepareerd

Energie 1 proton (LHC)

Bundel 1

Bundel 2

Doorsnede LHC bundelpijp

Energie LHC bundel

3000 x 100.000.000.000 protonen