Prof.dr. A. Achterberg, IMAPP

Vergelijkbare documenten
Prof.dr. A. Achterberg, IMAPP

Prof.dr. A. Achterberg, IMAPP

Quantumvloeistoffen voor electronen en koude atomen

Prof.dr. A. Achterberg, IMAPP

Bram Achterberg Afdeling Sterrenkunde IMAPP, Radboud Universiteit Nijmegen

Unificatie. Zwakke Kracht. electro-zwakke kracht. Electriciteit. Maxwell theorie. Magnetisme. Optica. Sterke Kracht. Speciale Relativiteitstheorie

Het Standaardmodel. HOVO college Teylers 20 maart 2012 K.J.F.Gaemers

Kleinse Fles. Introductie String Zoologie Brane Worlds Zwarte Gaten

Symmetie en Symmetrie. in het Standaard Model

Higgs-mechanisme: het bestaan van W- en Z-bosonen

Supersymmetric Lattice Models. Field Theory Correspondence, Integrabillity T.B. Fokkema

Gravitatie en kosmologie

Prof.dr. A. Achterberg, IMAPP

Wetenschappelijke Nascholing Deel 3: En wat met de overige 96%?

Tentamen Quantum Mechanica 2

Real time quantum field theory on a computer: The Hartree ensemble approximation Sallé, M.

Technische Universiteit Eindhoven Tentamen Thermische Fysica II 3NB januari 2013, uur

HOVO cursus Kosmologie

Technische Universiteit Eindhoven Tentamen Thermische Fysica II 3NB65. 6 juli 2012, uur

Het Quantum Universum. Cygnus Gymnasium

Uitwerkingen van het Tentamen Moleculaire Simulaties - 8C Januari uur

Technische Universiteit Eindhoven Tentamen Thermische Fysica II 3NB65 en Statistische Fysica 3CC augustus 2010,

Technische Universiteit Eindhoven Tentamen Thermische Fysica II 3NB65. 5 juli 2013, uur

Higgs-deeltje. Peter Renaud Heideheeren. Inhoud

Het berekenbare Heelal

Nieuwe Meer 26 okt Alles en Niks. VAN DE OERKNAL TOT HIGGS Niels Tuning. Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek

Zoektocht naar de elementaire bouwstenen van de natuur

1 OPGAVE. 1. Stel dat we kansdichtheid ρ van het Klein-Gordon veld φ zouden definieren op de Schödingermanier

Het ongrijpbare Higgs-deeltje gegrepen

Mysteries van de Oerknal, deel 2 Heelalmodellen. samenvatting tot nu: Zwaartekracht afwijking v/d gewone (euclidische, vlakke) meetkunde

Quantummechanica en Relativiteitsleer bij kosmische straling

Tentamen Quantum Mechanica 2

Tentamen Quantum Mechanica 2

Een series colleges over de Speciale Relativiteit theorie van Einstein, uitgebreid met onderwerpen uit de Klassieke Mechanica Prof.dr. S.

Tentamen Fysica: Elektriciteit en Magnetisme (MNW en SBI)

Week-end van de wetenschap, Groningen, 6 oktober 2013 Ivo van Vulpen

TENTAMEN ELEKTROMAGNETISME (8N010)

Vorig college: Geladen leptonen: e, μ, τ Neutrino s Pionen, vreemde deeltjes Hadronen: mesonen en baryonen Quarks: u, d, s Zware quarks: c, b, t

Probus Aalsmeer 20 mei Alles en Niks. VAN DE OERKNAL TOT HIGGS Niels Tuning. Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek

Higgs en de Kosmos Niels Tuning (Nikhef) 31 oktober 2013

De ontdekking van het Higgs boson. Ivo van Vulpen

Probus 23 apr Alles en Niks. VAN DE OERKNAL TOT HIGGS Niels Tuning. Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek

Nederlandse Samenvatting

Tentamen Fysica: Elektriciteit en Magnetisme (MNW)

Higgs en de Kosmos Niels Tuning (Nikhef) Hoorn, 15 april 2014

Cover Page. The handle holds various files of this Leiden University dissertation.

VERENIGDE DEELTJESINTERACTIES

16 Hoe groot moet de inflatie-factor Z infl ten minste zijn?

The Entangled Universe B. Mosk

Samenvatting Inleiding

Bart Buelens, 22 november Emergente Gravitatie volgens Erik Verlinde

UITWERKING. Thermodynamica en Statistische Fysica (TN ) 3 april 2007

Gravitatie en kosmologie

8 De gravitationele afbuiging van licht

Quantum theorie voor Wiskundigen. Velden en Wegen in de Wiskunde

Opgaven bij de cursus Speciale relativiteitstheorie Docent: Dr. H. (Harm) van der Lek

Gravitatie en kosmologie

H2: Het standaardmodel

28 augustus 2012, Introductiecollege 1e jaars studenten UvA. Het Higgs boson. Ivo van Vulpen (UvA/Nikhef)

TENTAMEN ELEKTROMAGNETISME (8N010)

Opgaven voor ART. collegejaar Laat T een of andere matrix voorstellen. Vorm nu het object

Gravitatie en kosmologie

Dark Side of the Universe

Eindtoets 3BTX1: Thermische Fysica. Datum: 3 juli 2014 Tijd: uur Locatie: paviljoen study hub 2 vak c & d

Kromming van ruimtetijd vereist een verdubbeling van het aantal vrijheidsgraden.

nieuw deeltje deeltje 1 deeltje 2 deeltje 2 tijd

Studiewijzer. de colleges in vogelvlucht

Het mysterie van massa massa, ruimte en tijd

TENTAMEN. Thermodynamica en Statistische Fysica (TN )

Formule afleiding opgaven bij de cursus Algemene relativiteitstheorie Docent: Dr. H. (Harm) van der Lek

Fysische constanten. Elementaire lading (e) = C De lading van 1 elektron.

IJkinvariantie: het bestaan van fotonen

Thermodynamica rol in de moderne fysica Jo van den Brand HOVO: 13 november 2014

Relativistische quantummechanica

FYSICA-BIOFYSICA : FORMULARIUM (oktober 2004)

Tentamen Statistische Thermodynamica MST 19/6/2014

De magische wereld van het allerkleinste - gedeelde dromen & innovatie -

Einstein op de helling

J.W. van Holten

De Large Hadron Collider 2.0. Wouter Verkerke (NIKHEF)

De braan kan gezien worden als de rand van het anti-de Sitter heelal. Het verband van Maldacena zegt dat een veldentheorie die op de braan

De large hadron collider: Hoe zien de eerste botsingen eruit? Ivo van Vulpen

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN. Tentamen Stralingsfysica (3D100) d.d. 21 januari 2005 van 14:00 17:00 uur

Samenvatting. Klassieke! deeltjes. Bosonen

Large Hadron Collider. Uitwerkingen. HiSPARC. 1 Inleiding. 2 Voorkennis. 3 Opgaven atoombouw. C.G.N. van Veen

Emergente zwaartekracht Prof. Dr. Erik Verlinde

Kosmologie. Oorsprong van het heelal, onstaan van de eerste objecten en structuren, evolutie van de ruimtelijke verdeling van materie.

Tentamen: Gravitatie en kosmologie

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN Faculteit Technische Natuurkunde Examen Elektromagnetisme 3 (3NC30) donderdag 5 juli 2012 van 14u00-17u00

(Permitiviteit van vacuüm)

Samenvatting. Inleiding

Eindtoets 3BTX1: Thermische Fysica. Datum: 12 augustus 2014 Tijd: uur Locatie: Matrix Atelier 3

Elementaire Deeltjesfysica

Een (bijna) perfect heelal. Mysteries van de Oerknal: Mysteries van de Oerknal: de Gloed van de Oerknal

Majorana Neutrino s en Donkere Materie

Wat is vacuüm? Jan de Boer (FNWI/IoP/ITFA, GRAPPA, D-ITP, ) NSA ouderdag 2016

SAMENVATTING HOGE ENERGIE FYSICA. (Summary in Dutch)

Wat is er 13,7 miljard jaar geleden uit elkaar geknald?

ATLAS: Detector & Fysica. Robin van der Leeuw

UvA-DARE (Digital Academic Repository) Holographic renormalization for Lifshitz spacetimes Holsheimer, K. Link to publication

Transcriptie:

Prof.dr. A. Achterberg, IMAPP www.astro.ru.nl/~achterb/

Populaire ideeën: - Scalair quantumveld met de juiste eigenschappen; (zoiets als Higgs Veld) - Willekeurig scalair quantum veld direct na de Oerknal (t ~ t Planck ~ 10-43 s).

1. Quantummechanica: Alle deeltjes hebben golfeigenschappen... Interactie tussen deeltjes verloopt via een veld (elektrisch veld, magnetisch veld,...) en lading. Quantum-veldentheorie: Alle processen kunnen worden beschreven in termen van velden en hun interacties (koppeling)...

Alle bouwstenen zijn fermionen met spin ½: spinor velden ; Alle bekende boodschappers zijn bosonen met spin 1: vector velden; Graviton (als het bestaat) heeft spin : tensorveld Higgs Boson heeft spin 0: scalair veld!

Newton s beeld: instantane werking op afstand Moderne visie: uitwisseling van boodschapperdeeltjes

Klassieke natuurkunde: Newton/Maxwell Einstein Gravitatieveld: vectorveld g = Φ tensorveld R µν Elektrisch veld vectorveld E φ = vectorveld A µ Magnetisch veld vectorveld B= A

Scalaire velden introduceren geen voorkeursrichting! Een constant scalair veld kent geen deeltjes (= vals vacuüm); Een constant scalair veld kan energiedichtheid leveren (= Kosmologische constante)

1. Vacuüm is leeg: geen waarneembare deeltjes!. Vacuüm is uniform: het is overal hetzelfde (translatie-invariant) 3. Vacuüm is in alle richtingen hetzelfde (rotatie-invariant) 4. Vacuüm kent geen bakens, en is Lorentz-invariant: iedere waarnemer ziet hetzelfde, ongeacht zijn/haar bewegingsnelheid!

1. Spin is een vector! Spin definieert een voorkeursrichting, dus: Geen spinor-velden!. Een vectorveld definieert een voorkeursrichting, dus: Geen vector velden! 3. Een scalair veld definieert geen richting; 4. Een constant scalair veld is overal hetzelfde! 5. Quantummechanisch: scalaire deeltjes (bosonen met spin 0) zijn golven in het scalaire veld.

1. Spin is een vector! Spin definieert een voorkeursrichting, dus: Geen spinor-velden!. Een vectorveld definieert een voorkeursrichting, dus: Geen vector velden! 3. Een scalair veld definieert geen richting; 4. Een constant scalair veld is overal hetzelfde! 5. Quantummechanisch: scalaire deeltjes (bosonen met spin 0) zijn golven in het scalaire veld. Geen golven = geen deeltjes!

Heisenberg onzekerheidsrelatie: E t c c c t E E Onderscheidingsvermogen in een experiment met deeltjesenergie E: 1 14 E 10 cm c E 1 GeV

Leeftijd Heelal (in s) Sterkte kracht (koppelingsconstante) Experim. bereik Unificatietijdperk Plancktijdperk Energie (in GeV) Afstand (in cm)

Wanneer is het belangrijk? S Relativiteit: g (= ) Quantumtheorie: GM R R = c c Rg M = m G c = = E Mc 5 als pl.3 10 g

Afgeleide grootheden: m pl c = G 5.3 10 g E E = mc = 1.36 10 ev, T = = 1.6 10 K 19 pl 3 pl pl pl kb pl = = mc pl 33 1.5 10 cm t pl pl 44 = = 5 10 s c

Temperatuur van het Heelal 10 3 K 10 7 K 10 15 K 10 13 K 3K Chaotische Inflatie Nieuwe Inflatie Sterke kernkracht ~ 1 Theorie van alles? GUT Elektromagnetische kracht ~ 0.01 Zwakke kernkracht ~ 10-4 Zwaartekracht ~ 10-38 Tijd verlopen sinds de Oerknal 10-43 s 10-35 s 10-1 s 10-6 s 5 10 18 s (14 milj. jaar)

Temperatuur lager dan de kristallisatietemperatuur Temperatuur hoger dan de kristallisatietemperatuur

Hoofd-assen kristal

Temperatuur Kristal-fysica Unificatie-theorie (Quantum-velden) Symmetrische toestand bij hoge temperatuur De positie van de atomen vertoont geen ordening; (stof is vloeistof of gas) Geluid loopt in alle richtingen even snel; De drie natuurkrachten zijn niet van elkaar te onderscheiden; Spontane symmetrieverbreking bij kritische temperatuur: Kristal vormt langs drie verschillende hoofdassen; De geluidssnelheid is in alle richtingen niet hetzelfde; De natuurkrachten gaan zich geleidelijk verschillend gedragen; A-symmetrische toestand bij een lage temperatuur: Kristal stolt, de symmetrie is verbroken. De drie natuurkrachten gedragen zich verschillend.

Het heelal koelt altijd af zonder energie-opwekking! Vlak, stralingsgedomineerd heelal: Tt () T = 0 R0 Rt () 1 Rt () t; Tt () 10 10 ts () K

Achterliggend principe: reken af met alle overbodige evenredigheidsconstantes! = k = = c 1 b

Achterliggend principe: reken af met alle overbodige evenredigheidsconstantes! Voorbeeld: thermische energie E = kt th b E = T th zet k = 1 b

= c= k = 1 b t nat = = 6.53 10 s [GeV] 1 GeV 5-1 T nat nat c = = 1.97 10 cm [GeV] 1 GeV b 14-1 1 GeV = = k 13 1.16 10 K [GeV] Alles is uit te drukken in een energieschaal! (GeV) n 1 = = 1.3 10 cm [GeV] nat 3 nat 41-3 3 ρ 1 GeV = = nat 3 c nat 17 3 4.3 10 g/cm [GeV]

Natuurlijke eenheden: = c= k = 1 Grootheid natuurlijke eenheden [n.e. dimensie] b E 0 = mc E 0 = m [GeV] E 4 = + pc mc E = p + m [GeV] E = ω E = ω [GeV] E= kt E = T b [GeV]

Natuurlijke eenheden: = c= k = 1 b Grootheid natuurlijke eenheden [n.e. dimensie] n 3.404 kt b ph = π c n =.404 T π ph [GeV] 3 3 ε ( kt b ) ( c) 4 π ph ρphc 3 = = 15 ρ ph = π 15 T [GeV] 4 4 m pl = c G m pl = 1/ G [GeV] G G = 1/ m [GeV] - pl

In natuurlijke eenheden: 1 mpl = Epl = Tpl = = pl 14 1.36 10 GeV m c 1 = G = = 5.4 10 GeV pl G mpl 9

Enkel deeltje: d x dv E 1 d x = = + V dt dx m dt x ( ) Bewegingsvergelijking (Behouden) energie per massa-eenheid Quantum veld: (nat. eenheden) + = = + V t t t V ( ) 1 3H ρ ( ) Bewegingsvergelijking energiedichtheid

( ) 4 3 4π T 8π ρ φ T pl = + κ ( ) 4 45 m pl 3 m pl m pl Ht g T (1) ρ ϕ 1 ϕ = + V t kinetic energy ( φ, T) "potential energy" () φ φ V + 3 Ht () = t t φ (3)

( ) 4 3 4π T 8π ρ φ T pl = + κ ( ) 4 45 m pl 3 m pl m pl Ht g T (1) ρ ϕ 1 ϕ = + V t kinetic energy ( φ, T) "potential energy" () φ φ V + 3 Ht () = t t φ (3)

( Ht ) π = 8 ρ φ pl 4 3 mpl (1) ρ ϕ 1 ϕ = + V t kinetic energy ( φ, T) "potential energy" () φ φ V + 3 Ht () = t t φ (3)

( Ht ) π = 8 ρ φ pl 4 3 mpl (1) ρϕ ( φ, T) = V "potential energy" () φ φ V + 3 Ht () = t t φ (3)

Uiteindelijke vorm slow-roll approximation ( Ht ) π = 8 ρ φ pl 4 3 mpl (1) ρϕ ( φ, T) = V "potential energy" () 3 Ht () φ = t V φ (3)

H 1 dr 8 πv ( φ) = = R dt 3m pl, 3H φ = t V φ Friedmann Sc. Veld-dynamica dr dr φ dr V / φ = = dt dφ t dφ 3H H 1 dr 1 dr V / φ = R dt R dφ 3H 1 1 3H 8 π V( φ) 8πφ φ 8πφ ln dr V d V = = = = Rdφ V/ φ mpl V/ φ mpl V φ mpl d lnφ 1

H 1 dr 8 πv ( φ) = = R dt 3m pl, 3H φ = t V φ Friedmann Sc. Veld-dynamica dr dr φ dr V / φ = = dt dφ t dφ 3H H 1 dr 1 dr V / φ = R dt R dφ 3H 1 1 3H 8 π V( φ) 8πφ φ 8πφ ln dr V d V = = = = Rdφ V/ φ mpl V/ φ mpl V φ mpl d lnφ 1

H 1 dr 8 πv ( φ) = = R dt 3m pl, 3H φ = t V φ Friedmann Sc. Veld-dynamica dr dr φ dr V / φ = = dt dφ t dφ 3H H 1 dr 1 dr V / φ = R dt R dφ 3H 1 1 3H 8 π V( φ) 8πφ φ 8πφ ln dr V d V = = = = Rdφ V/ φ mpl V/ φ mpl V φ mpl d lnφ 1

1 V ϕ = m ϕ m = m 1 V ϕ = λϕ λ ϕ 4 ( ) [ ] [GeV] is een massa! 4 ( ) is dimensionloos omdat [ ]=[GeV]! Te vangen met: n lnv V( ϕ) = Aϕ = n lnϕ

Oplossing voor expansie heelal o.i.v. scalair veld: 1 1 dr d ln R lnv 8πϕ = = Rdφ dϕ lnϕ mpl ( φ) lnv = φ = = constant lnϕ n V A n dln R 4πφ 4π π = dln R= φdφ = d dϕ nm nm nm pl pl pl ( φ ) π R( φ) = R( φ0)exp φ 0 φ ( t) nm pl

1 dr 8 πv ( ϕ) H = = R dt 3 m pl 3H ϕ = t V ϕ n Voor de potentiaal V( ϕ) Aϕ : = Rt ( ) = Rexp ( ) 0 ϕ t π ϕ () 0 nmpl

Verschillende Scenario s:

New Inflation Chaotic Inflation Hybrid Inflation