Nog niet gevonden! Wordt echt spannend : in 2015 want dan gaat versneller in Gevene? CERN echt aan en gaat hij draaien op zijn ontwerp specificaties. Daarnaast ook in 2015 een grote ondergrondse detector. Die juist een voor de meest aantrekkelijk theoretische scenario s uitsluitsel zou moeten gaan geven 2015 En kan je er wat mee? 1
Mysterie: veel massa zien we niet, maar moet er wel zijn? Waarom we denken we dat? Hoe gaan we die zogenaamde donkere materie ontdekken? 2
Elementaire deeltjes: zoals elektronen, protonen en neutronen. Als dat alles: heel saai d.w.z. er gebeurt niets! Als een theater voorstelling met alleen statische acteurs en helemaal geen actie. Krachten maken ons universum interessant: Zwaartekracht: vallende appel. Massa s terkken elkaar aan. Grote Aarde trekt aan mij. Daarom merken we zwaartekracht dagelijks. Elektromagnetische kracht: merken we niet zoveel van. Toch veel sterker dan de zwaartekracht. Kijk deze magneten plakken en elkaar en valt niet! Wellicht verrassend: elektriciteit en magnetisme zelfde verschijnsel! Hele biologie en scheikunde d.w.z. alle processen om ons heen: elektromagnetisch. Kernkrachten: neme ik niet mee als demo. Twee soorten: - de sterke: die sluit de quarks op in protonen en neutronen en neutronen en protonen in atoomkernen. Zie je dagelijks niets van (en maar goed ook). - de zwakke: radioactief verval. Zie je in dit nevelvat. 3
Prachtige theorie: zelfs de evolutie van ons Universum: Oerknal. 15 miljard later. Zitten wij nu ergens buitenin zo n melkwegstelsel. Kunnen zelfs het nagloeien van die Oerknal meten! Vergelijk maar met een kookplaat. Zet je aan en hand er op: auw. Zet uit en hadn er op: nog steeds auw. En dan koelt hij af. Nou ons Universum begon heel heet. En koelt af. Die straling is gemeten en we weten nu dat het buiten onze Aarde -271 graden onder nul is. En u kunt dat thuis ook bekijken: mooiste TV programma. 4
Zo n sterrenstelsel: - Gravitatie zorgt er voor dat het er is - Kernkrachten zorgt er voor dat sterren doen wat ze doen: overvloedig waterstof omzetten in een iets zwaarder element: helium. Massa omzetten in energie en dat is licht - En licht is nu juist dat wat alles te maken heeft met elektromagnetisme. Licht is wat we zien! En is dat dan alles: elementaire deeltjes en de vier natuurkrachten en dat dan in een set formules? 5
Nee! Verschillende nauwkeurige metingen laten iets verrassends zien. Eenvoudigste: rotatie van individuele sterren in een sterrenstelsel. Vergelijk met ons eigen planeten stelsel: Aarde draait rondjes om de zon. In 1 jaar rond. Mercurius doet hetzelfde, maar in 88 dagen rond want veel dichter bij de zon. Jupiter in 12 jaar rond: veel verder weg. Hetzelfde verwacht je te zien voor sterren rond centrum van een sterrenstelsel: sterren die verder weg staan van centrum moeten veel langer over hun rondjes doen. En dat blijkt dus helemaal niet te kloppen! Dan heb je twee keuzes: of je gooit de theorie in de prullenbak. Die theorie waar we mee naar de Maan konden en zo. Of je accepteert dat wat je ziet niet alle massa in een sterrenstelsel is! Massa die we zien geeft licht d.w.z. bestaat uit bouwstenen met eleketrische lading: elektronen, protonen en neutronen (d.w.z. quarks). En dus gevoelig voor elektromagnetische (en sterke kernkracht. Zeg maar de sterke. Stel je voor dat er materie is die alleen zwaartekraht en/of zwakke kernkracht voelt! Dat zie je amper. Noemen we donkere materie! Als we dat accepteren en gebruiken om waarnemin overeen te brengen met zwaartekracht theorie: hoevel heb je dan nodig? Vijf maal meer dat gewone materie! 6
Zo ziet Milky Way er uit met Dark matter En hoe vind je dit nu? Drie manieren: - Verstrooiing (diep onder de grond, direct donkere materie in en om ons heen) - Annihilatie (indirect speuren naar locaties waar donkere materie zich zelf soms annihileert) - Creatie (versnellers: net als alle andere deeltjes: maak je het in paren). Dit is ons succesverhaal 7
Verstrooiing van donkere materie deeltjes hier op Aarde. D.w.z. als je wat vindt: direct bewijs dat er hier iets is! - Donkere materie deeltje geeft een schop tegen een gewone atoomkern die daardoor wat elektronen verliest. Dat geeft een signaal in je detector. - Probleem: er is heel veel troep zie nevelvat) die dat ook doet dus: - Heel schone omgeving zoeken (radioactief verval, kosmische straling en zo weghouden) - Dan ook nog afschermen met b.v. romeins lood, detector met een scherm en een kern, etc. - Grote detector en lang meten d.w.z. veel geduld hebben 8
Donkere materie deeltjes kunnen ook annihileren d.w.z. elkaar opeten en typisch twee gewone (deeltje-antideeltje paar) uitspugen. Denk aan: licht-licht, neutrino-neutrino, elektronpositron, etc. Als je dit op aarde wilt meten: neutrino s en licht het beste. Ook hier weer forse achtergrond problemen. Dus weer grote detector en zorgen dat je achtergrond kan onderdrukken. Neutrino s het leukst: diep in zee. Diep in ijs zuidpool. Kenmerk: komend uit 1 richting (centrum zon, melkweg, en zo) en ook unieke energie d.w.z. massa van een donkere materie deeltje. Gebeurtenis laten zien? 9
Directe creatie van donkere materie: kan ook als je maar voldoende energie tot je beschikking hebt. Dus in de Large Hadron Collider b.v. Kenmerk heel simpel: je hebt een mooie vuurbal en als er donkere materie deeltjes bij zitten dan is het resultaat compleet uit balans: in 1 richting verdwijnt een heleboel energie die je niet ziet in je experiment (want donkere materie doet vrijwel niets). En dus moet je zoeken naar gebeurtenissen met een enorme Ontbrekende energie! Makkelijk. Gevaar: asl je detector het niet goed doet! En je weet dat niet. Dan claim Je eerst een ontdekking en iets later mag je rectificeren. Tot nu toe heel hard gezocht en niet gevonden. 10
Nog niet gevonden! Wordt echt spannend : in 2015 want dan gaat versneller in Gevene? CERN echt aan en gaat hij draaien op zijn ontwerp specificaties. Daarnaast ook in 2015 een grote ondergrondse detector. Die juist een voor de meest aantrekkelijk theoretische scenario s uitsluitsel zou moeten gaan geven 2015 En kan je er wat mee? 11