2 Rsz A kozmikus httrsugrzs A kozmikus sugrzs

2. Rész A kozmikus háttérsugárzás

A kozmikus sugárzás felfedezése • 1965: A. Penzias és R. Wilson (Bell Lab) érzékeny mikrohullámú antennája

A kozmikus sugárzás • 1965: A. Penzias és R. Wilson érzékeny mikrohullámú antennát készített, amellyel… – iránytól, napszaktól, évszaktól független elektromágneses sugárzást észleltek • Az antenna hibáját kizárták (Még a véletlen felfedezéshez is elengedhetetlen a pontosság!) • Az Ősrobbanás modell szerint az ok kézenfekvő: A VE-t az első perceiben elektromágneses sugárzás töltötte ki, ami azóta is ott van, csak hullámhossza a tágulás arányában megnőtt Penzias és Wilson mérése szerint a sugárzás hőmérséklete 3, 5 K (8. kérdés: Mit jelent ez? )

intenzitás A hőmérsékleti sugárzás intenzitásának hullámhosszfüggése hullámhossz ~10 cm alatt a légkör átlátszatlan⇒ Fölről csak az eloszlás maximumától jobbra eső rész mérhető

Irány a világűr: A Cosmic Background Explorer űrszonda FIRAS = Far Infrared Absolute Spectrophotometer DMR = Differential Microwave Radiometer DIRBE = Diffuse Infrared Background Experiment

A FIRAS spektrum Valaha látott legtökéletesebb hőmérsékleti sugárzási spektrum

sugárzás intenzitása A Co. BE által mért sugárzási görbe hullámhossz Planck-görbe frekvencia

A FIRAS spektrum A hőmérsékleti sugárzás spektrumát a Planckféle eloszlás írja le Stefan-Boltzman sugárzás: n=4 anyag: n=3 kozmológiai állandó: n = 0

A FIRAS spektrum A hőmérsékleti sugárzás spektrumát a Planckféle eloszlás írja le A nukleáris részecske/foton arány (a számokat jegyezzük meg!)

9. kérdés: Hol keződik a Planck-görbe farka, amely alatti terület 10 -9 -része a teljes görbe alatti területnek?

A kozmikus háttérsugárzás anizotrópiája

Izotrópnak látta-e a COBE VE-t? A Tejút hatását le kell vonni

Izotrópnak látta-e a COBE VE-t? 10. kérdés: Vajon minek a hatását látjuk a képen? (szintén le kell vonni)

A COBE felfedezése A piros és kék tartományok hőmérséklet különbsége 10 -5 K (0, 01 mm-es hullámok az uszodában)

Fizikai Nobel-díj 2006 John C. Mather George F. Smoot (NASA Goddard Űrközpont) (Californiai Egyetem, Berkeley) „a kozmikus háttérsugárzás Planck-formájának és irányfüggésének felfedezéséért”

A COBE felfedezése Hogyan lehet ezt a képet mennyiségileg megragadni?

Multipólus sorfejtéssel l=1

Multipólus sorfejtéssel l=1

Multipólus sorfejtéssel l=1 l=4

Multipólus sorfejtéssel l=1 ∑l

WMAP • A COBE mérései nem elegendően pontosak ⇒ Wilkinson Microwave Anisotropy Probe Ch. Bennet June 30, 2001

A kozmikus zene „hangszíne” (a háttérsugárzás hatványspektruma)

További kísérletek: ballon BOOMERan. G Maxima EPSHEP Cocconi-díj 2011: , , a kozmikus háttérsugárzás anizotrópiájának tanulmányozásában elért kimagasló eredményeikért’’

További kísérletek: világűrben PLANCK

Hogyan térképezi fel a Planck az eget?

(Első Planck égbolt)

További kísérletek: Antarktiszon SOUTH DASI POLE ACBAR QUAD BICEP SPUD Vonzó tiszta égbolt 11. kérdés: Milyen részecskefizikai kísérleteket végeznek az Antarktiszon?

További kísérletek: Andok tetején (Atacama, Cerro Toco) Vonzó tiszta égbolt ACT

Az újszülött VE egyre szebb képe COBE 1992 WMAP 2003 PLANCK 2011 szimuláció ~7° ACT, SPT. . . épülnek ~0. 3° ~0. 1° ~0. 02°

A kozmikus zene „hangszíne” (a háttérsugárzás hatványspektruma)

Modelljóslatok hatványspektrumra Győztes

A hatványspektrumból nyerhető adatok Az első csúcs helye Ω-tól függ A magasság ΩΛ függvénye A magasság ΩB függvénye A magasságok Ωm függvényei

Barionikus anyag oszcillációja (BAO)

Barionikus anyag oszcillációja (BAO)

Barionikus anyag oszcillációja (BAO)

Barionikus anyag oszcillációja (BAO) 12. kérdés: Hogyan juthat a nyomáshullám 379 ezer év alatt 130 Mpc távolságra?

Barionikus anyag oszcillációja (BAO)

Barionikus anyag oszcillációja (BAO)

Barionikus anyag oszcillációja (BAO)

Barionikus anyag oszcillációja (BAO)

Barionikus anyag oszcillációja (BAO) Fluktuációk minden skálán, de létezik egy különleges skála: ~150 Mpc

Barionikus anyag oszcillációja (BAO) Két találomra kiválasztott csillagrendszer távolsága gyakrabban 150 Mpc 140 Mpc vagy 160 Mpc Fluktuációk minden skálán, de létezik egy különleges skála: ~150 Mpc

Az Sloan Digital Sky Survey adatait elemzik

A három nagyágyú: SNIa, CMB, BAO

Mi a sötét energia? • A sötét energia a VE gyorsuló tágulásának egy lehetséges és népszerű magyarázata. • Két változatát képzelik – Kozmológiai állandó, ami a teret mindenütt kitöltő homogén energiasűrűség – Mindent kitöltő homogén skalármező (nem a Higgs!) • Állapotegyenlet (nyomás ∝ energiasűrűség) p=wε – Nem-relatívisztikus ideális gáz: w=2/3 – Relatívisztikus ideális gáz: w=1/3 – Kozmológiai állandó: w=-1

A három nagyágyú: SNIa, CMB, BAO

A három nagyágyú: SNIa, CMB, BAO

Kozmológiai paraméterek mennyiség 2003 2010 H 0 71+4 -3 km/s/Mpc 70. 0± 1. 7 km/s/Mpc Ω 0 1. 02± 0. 02 0. 994± 0. 017 Ω 0 0. 27± 0. 04 0. 273± 0. 014 Ω 0 0. 044± 0. 004 0. 0456± 0. 0016 ΩΛ 0. 73± 0. 04 0. 728± 0. 016 TVE (13. 7± 0. 2) milliárd év Trekom (379± 8) ezer év

Mi lehet a sötét anyag? VE-ben keressük: • Barionikus – bolygók – fehér törpék – MACHO-k (Massive Compact Halo Object): barna, fekete törpék, neutroncsillagok, fekete lyukak – gázfelhők – WIMP-ek Laboratóriumban keressük: • Nem barionikus (ismeretlen), gyengén hat kölcsön a barionikus anyaggal – „forró” (közel fénysebességű, HDM): neutrínók (kevés) – „hideg” (lassú, CDM): Weakly Interacting Massive Particle (WIMP) Részecskefizikusok kedvence, de egyelőre nem sikerült találni Netalán a gravitáció módosul nagy skálán?

HSA (CDM) részecskejelöltek (WIMPek) • Szükséges egy kétértékű megmaradó mennyiség (D-szimmetria): – D = +1 SM részecskék esetén – D = -1 újfajta részecskék esetén ⇒A legkönnyebb D = -1 részecske stabil ⇒ Ha elektromosan semleges, tömege > Ge. V/c 2 akkor lehetséges SA jelölt, pl. : jelölt spin nyugalmi energia inert Higgs 0 50 Ge. V LSP (neutralínó) ½ 10 Ge. V-10 Te. V Kaluza-Klein részecske ½ Te. V

. . . de van sok más javaslat is

Legnépszerűbb WIMP: LSP • D = R = (-1)3 B+2 S+L R-paritás – 13. kérdés: Mekkora az u-kvark és a muon Rparitása? – R = -1 s-fermionokra • Ha a legkönnyebb s-részecske semleges (neutralínó), akkor SA jelölt • Az ilyen s-részecske közvetve felfedezhető az LHC-n (hiányzó energia a jele) Egy minimális lehetőség: inert Higgs • A SM Higgs-mechanizmus minimális kiterjesztése feltételezett D-szimmetriával – A D = -1 -es Higgs-részecske az SA jelölt (fermionokkal nem hat kölcsön)

Megválaszolatlan kozmológiai kérdések … amelyekre a részecskefizika adhat választ • Miért kritikus a sűrűség? • Honnan származik az anyag? – Kezdetben anyag és antianyag feltehetően ugyanannyi volt. Valami miatt ez a szimmetria megsérült. A VE tágulásával az anyag és antianyag EM sugárzássá alakult át, és visszamaradt egy kevés anyag (kb. egymilliárd fotonra jut egy proton) • Mi a VE finomszerkezetének forrása? • Mi a sötét anyag? • Mi a sötét energia?

Köszönöm a figyelmet! 13+1. kérdés: Mi előadásaim üzenete?