RÉSZECSKÉK AZ UNIVERZUMBAN

Az előadások a következő témára: "RÉSZECSKÉK AZ UNIVERZUMBAN"— Előadás másolata:

1 RÉSZECSKÉK AZ UNIVERZUMBAN
A KOZMIKUS MIKROHULLÁMÚ FOTONSUGÁRZÁS A KOZMIKUS SUGÁRZÁS NEUTRÍNÓK A VILÁGŰRBŐL ÉS A FÖLD MÉLYÉBŐL KVARK-CSILLAGOK ÉS MÁS KOMPAKT CSILLAGÁSZATI OBJEKTUMOK

2 KOZMIKUS MIKROHULLÁMÚ FOTONOK
George Gamow, Ralph Alpher, Robert Hermann (1948): A táguló univerzumban csökkenő átlagenergiájú fotonok nem tudják ionizálni az időlegesen összeálló atomokat: REKOMBINÁCIÓ További tágulás során csökkenő hőmérsékletű fotonsugárzás, becsült hőmérséklete: 2-4 K

3 CMBR = KMHS 1965 R. Wilson A. Penzias

4 CMBR = KMHS 1992 T = K 400 foton/cm3

5 CMBR = KMHS A kozmikus inhomogenitás első jelei 1992 WMAP

6 A KOZMIKUS SUGÁRZÁS 1912: V.F. Hess osztrák-cseh fizikus
5000 m magasságra emelkedő léggömbön hajózva mutatta ki a „nagy áthatolóképességű sugárzás” létezését. 1932: C. Anderson ködkamrában kimutatja a pozitront. 1937: S. Neddermayer és C. Anderson felfedezi a müont.

7 A KOZMIKUS SUGÁRZÁS 1938: Pierre Auger felfedezi a kiterjedt
kozmikus záporokat Jánossy Lajos (Manchester) egy-két héttel később nyújtja be publikálásra azonos következtetéseit

8 Kozmikus zápor kialakulása
(Holland KÖZÉPISKOLAI KOZMIKUS SUGÁRZÁST MÉRŐ ÁLLOMÁSt bemutató előadás címlapja)

9 Minden határt meghaladó energiájú részecskék?
1991: Utah (USA) „Légyszem”detektor 1019 eV energiájú részecske által elindított záport észlel

10 kozmikus proton + kozmikus háttér foton
Minden határt meghaladó energiájú részecskék? 1966: Greisen-Kuzmin-Zatsepin határ: Ha a kozmikus proton energiája nagyobb 1020 eV-nál kozmikus proton + kozmikus háttér foton kozmikus proton + pion reakcióval a proton energiát veszít 1994: AGASA detektor (Japán) 11 anomálisan nagy energiájú eseményt mér Milyen távolról jönnek a kozmikus sugárzás részecskéi?

11 SZUPERNOVA ROBBANÁS Nagytömegű csillag
nukleáris fütőanyagának elégése után összeroppan Hubble-távcső 1995: lökéshullámok formálta finom „térháló” fiatal neutroncsillag ledobott, kiáramló anyag: lökéshullám A Rák-köd 1054: „vendégcsillag”

12 Fermi-féle gyorsítási mechanizmus (1950)
1006: „vendégcsillag” Kairó felett : filamentum mozgásának fényképei világos réteg a lökéshullám mögött: gerjesztett hidrogén A lökésfronton előre-hátra diffundáló részecskék ütközéseinek eredő hatása: ENERGIA-NYERÉS T+ T-

13 Aktív Galaxis Magok (AGN)
Túl távol vannak: A részecskék útközben ütköznek GZK-határ érvénybe lép Valószínűleg fekete lyuk hajtja

14 Z-robbanások Az Univerzumot hideg antineutrínók is kitöltik
Nagyenergiájú müon nagyenergiás neutrínóba bomlik Fodor Zoltán Katz Sándor + A. Ringwald Fúzionálnak a foton nehéz testvérébe, Z Ez bomlik nagyenergiájú protonokba

15 Csak a megfigyelés dönthet!
Pierre Auger Obszervatórium Argentina, Pampa Amarilla (2005) az Andok lábánál Párizsnál nagyobb területen elhelyezett detektorok

16 KOZMIKUS NEUTRÍNÓK 1930: W. Pauli feltételezi létét a β-bomlás
Z-1  Z + e- + anti(ν) elektron-spektruma folytonosságának magyarázatára 1956: C. Cowan és F. Reines reakciót indukálnak hasadási reaktorból származó ν-nyalábbal: anti(ν) + Z  (Z-1) + e+ 1960: Marx György és Menyhárd Nóra publikálja az első cikket „A neutrínócsillagászat lehetőségeiről” (Új kiadás: Gyorsuló idő, válogatott tanulmányok, Typotex, 2005)

17 KOZMIKUS ν-FORRÁSOK Marx és Menyhárd listája: Nap 1964 R. Davis
Szupernóvák M. Koshiba Kozmikus zápor bomlásterméke ν-oszcillációk Kozmológiai háttér ? ? ? ? Föld ν-oszcillációk földi kimutatása során észlelt részecske többlet hozam Menyhárd Nóra MTA SzFKI tud. tanácsadója

18 A NAP NEUTRÍNÓI A héliumot termelő fúziós reakciókban (H. Bethe)
a Nap elektron-neutrínót termel νe

19 A NAP NEUTRÍNÓI R. Davis Homestake-bánya νe átváltozása
νμ -be ?? ν + Cl  Ar + e- SNO – Sudbury Neutrino Observatory 2002 D2O – 1000t nehézvíz érzékeny mindkét neutrínóra A várt ν-áram cca. harmada 2002: jó a Nap-modell A NEUTRÍNÓNAK NEM NULLA A TÖMEGE

20 A SZUPERNÓVA-NEUTRÍNÓK
Nukleáris tüzelőanyagát elégetett vasmagos csillag neutroncsillaggá alakul p + e  n + ν Fe ν γ Neutrínók a Nagy Magellán felhő felől kb. 1 nappal megelőzték a fényt.

21 A SZUPERNÓVA-NEUTRÍNÓK
A neutrínócsillagászat születésnapja: 1987. február 23. M. Koshiba 10 esemény

22 Nagyenergiás neutrínókra várva
Detektor az Antarktiszon (tavak, tengerek mélyére is tesznek detektorokat)

23 Kozmológiai háttér-neutrínók
anti(ν) + Z  (Z-1) + e+ A forró táguló Univerzumban a hőmérséklet határozza meg a gyenge kölcsönhatási reakciók sebességét A tágulás ritkítja az anyagot, a reakciókra vezető ütközések egyre ritkábbak lesznek. A neutrínók szabad úthossza eléri a horizont nagyságát, kozmológiai méretekben megszűnik kölcsönhatása az anyaggal T=1,96 K kb. 110 neutrínó/cm3/fajta Ideális (kölcsönhatásmentes) kozmikus háttér-gáz

24 Kozmológiai neutrínók
Tömeg és energia ekvivalenciája (E=mc2) alapján A neutrínók hozzájárulnak az Univerzum teljes energiasűrűségéhez Marx György és Szalay Sándor Ha a teljes sötét energiasűrűséget a neutrínók dominálják, akkor mνc2 ~ 2-3 elektronvolt: Ha mνc2 < 0.1 eV, akkor a neutrínók az Univerzum energiasűrűségének legfeljebb 10-4 részét hordozhatják Szalay Sándor a Johns Hopkins Egyetem és az ELTE professzora

25 felfedezésének egyike:
A Föld neutrínói A neutrínó-geofizika születésének éve: 2005 legfontosabb 25 fizikai felfedezésének egyike: KAMLAND-KÍSÉRLET 238U → 206Pb + 8 4He + 6e- + 6 anti(νe) MeV 232Th → 208Pb + 6 4He + 4 e- + 4 anti(νe) MeV 40K → 40Ca + e- + anti(νe) MeV 40K + e- → 40Ar + νe MeV A Föld hőtermelésének meghatározó része

26 A különböző talajösszetevők
A Föld teljes hőteljesítménye A különböző talajösszetevők (kontinentális talapzat, óceáni lerakódás, felső köpeny) U-tartalmából várt és a teljes antineutrínó-áram

27 Kompakt csillagok 100 milliárdszor nagyobb sűrűség, mint a Földön
Gravitációt kompenzálja a neutronok közti Fermi-taszítás Talán a kompenzáció csak a kvarkok szintjén következik be?

28 Kompakt csillagok

29 Kompakt csillagok Hogyan ismerhetjük meg
a belső tartományok természetét? forgás periódusa - sugár – tömeg rezgések – csillag-szeizmológia 2006. április 20. Neutron-csillag dinamikai szimuláció!!!

30 Összefoglalás Az elemi részek fizikájában egyedülálló jelentőségű a kozmikus léptékű jelenségek tanulmányozása A Világegyetem egésze, a csillagfejlődés és a Föld megismerése szempontjából nagyjelentőségű az elemi részek fizikájának fejlődése