RC Bregenz; 22. April 2014 Amand Fäßler

Können wir den Urknall heute noch sehen?

Penzias und Wilson;

Bell-Telephon Nobel-Preis 1978

Die Frequenzabhängikeit folgt extrem exakt derPlanck‘schen Schwarz-Körperstrahlung T = 2.7255(6) Kelvin in allen Richtungen.

Planck Satellit Temperatur-FluktuationenKosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (March 21. 2013)

4

Keine Krümmung des Universums.

Das Universum ist flach.

xx x

1 1 1

WMAP 2002 :1.00 0.02

Wir können die wahre

Größe dieser Flecken

berechnen.

Helligkeitsvertlg als Fkt Rotversch.

mB = d2 ~ Dl2 ; (H = const)d = v/H(Zeit) ~ (Dl/l)/ H(Zeit)

mB = 1/Helligkeit = d2

v = H(Zeit) d

Mag

nitu

de

Urknall = Big Bang

Sk

alen

fakt

or a

(t)

ZeitHeute

Abst

ände

( Ze

it)

Hubble Gesetz: v = H(Zeit) d d = v/H(Zeit)

Anstieg der Geraden = H(heute) = 70[km/(sec Mpc)]

Wert zeitabhängig

Fingerabdruck des Urknall in der Kosmischen

Hintergrundstrahlung.Nachweis der Gravitationswellen des

UrknallsAm 18. März 2014 hat die BICEP2-Kollaboration (USA und Kanada) folgenden Artikel im „ArXiv“ veröffentlicht.

BICEP2: “DETECTION OF B-mode POLARIZATION AT DEGREE ANGULAR SCALES”

Was sind Gravitationswellen? Eiförmige zu diskusförmige Schwingungen

des Raumes nicht im Raum.

Gravitationswellen von DoppelsternHulse (Doktorand) und Taylor (Professor ), Nobelpreis 1993

Gravitationswellendetektor als Michelson-Interferometer mit zwei senkrechten Armen von

mehreren Kilometern

Antennen für Gravitationswellen

DAS LISA-Projekt: Drei Satteliten umkreisen die Sonne; 5 Millionen km

entfernt von einander .Größtes Michelson Interferometer.

Sensitiv auf Gravitations-wellen vom

Urknall

Gravitationswellen sind tröpfchenförmige Schwingungen

(eiförmig zu Diskus und zurück) des Raumes und nicht im Raum.

South-Pole Teleskop

Definition der Fluktuation z. B. Intensitäten: 4 und 6; Mittelwert 5 (Zahl der Messungen = N =2) Fluktuation2 = c2 =[(4-5)2 + (6-5)2]/52 = 2/[(N-1)*25] = 0.08

Seewinkel in Multipol: = 180/Sehwinkel. Wir sehen bei der Fluktuation der Kosmischen Hintergrundstrahlung die Situation bei der Entkopplung 380 000 Jahre nach dem Urknall. Wellenlänge nach Urknall (10-35 bis 10-31 Sekunden nach dem Anfang inflationäre Expansion) etwa 20 cm. Wächst mit Ausdehnung des Universums. Entspricht bei Entkopplung 1.6 bis 4 Grad Sehwinkel oder = 45 bis 110. Hier Fluktuation groß.

Gravitationswellen verzerren den Raum und ändern damit die Fluktuation der Kosmischen

Mikrowellen-Hintergrund-Strahlung

Sehwinkel

Auge

Resultate von Bicep2 am SüdpolFl

utua

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50 G

iga-

Herz

Multipole = 180/Sehwinkel

Untere rot gestrichelte Kurve:Fluktuation durch Gravitationswellen

Fluktuation des Lichtes (Mkrowellen) durch Mikro-Lensing

Obere gestrichelte rot Kurve: Fluktuation durch Gravitationswellen und Mikro-Lensing.

Klappmesser-Test

Daten

Polarisation der Mikrowellenstrahlung•Licht = Mikrowellen: Spin = ½ Bei Streuung: ½ + ½ maximal = 1 Dipolstrahlung Skibrille nutzt dies. •Gravitonen: Spin = 2; auch Tensor = Quadrupol-Polarisation möglich. r = (Tensor/Skalare)-Polarisation = 0.2

Mit Mikro-Lensing r = 0.1

Probleme:• Meßwerte zu hoch.• Bei 150 Giga-Herz gesehen von Bicep2. Warum nicht bei

100 Giga-Herz durch Bicep1. ( 50 Giga-Herz Mikrowellen-Herd)• Ein ähnliches Signal der Fluktuationen „ell“ = 50 bis 110

und auch der Tensor-Polarisation r kann auch im Vordergrund durch Mikro-Lensing (doch bei höheren „ell“ = kleineren –Sehwinkeln), durch Staub oder andere Streuung der Mikrowellenstrahlung erzeugt werden.

Estimate of Neutrino Decoupling Skala der Expansion a 1/Tempratur = 1/T

Universe Expansion rate: H=(da/dt)/a ~ n Interaction rate: G ne-e+<svrelative>

H = = O( T2) [1/time]

G ~ (1/a3) <GF2 p2 c=1> ~ T3 <GF

2 T2c=1> ~ GF2 T5 [1/time]

with: Temperature = T 1/a = 1/(length scale); hbar = h/(2p) = c = 1

Neutrino-Entkopplung

G(Neutrino-Raktionen)/H(Ausdehnung des Universums) = ( T/ 1MeV)3 ~ 1

T(Neutrinos)decoupl ~ 1MeV ~ 1010 Kelvin; Heute: 1.95 K

Zeit nach dem Urknall: 1 Sekunde

T(Photonen = Licht)Entkopplung = 3000 Kelvin; Heute: 2.7255 K

Time(Photonen)Entkopplung = 380 000 Jahre nach UK

(Energie=Massen)-Dichte des Universums

log r

a(t)~1/T

Materie-dominiert: r ~ 1/a3 ~ T3

Dunkle Energie

1/Temp1 MeV~1secn Entk.

1 eV5x104y Heute

3000 K380 000 yg Entk.

8x109 y g 2.7255 Kn 1.95 K

Strahlungs-dominiert: r ~ 1/a4 ~ =Stefan-BoltzmannSc

hritt

e Fa

ktor

en 1

0

Neutrino-Einfang: n(Hintergrund Neutrinos) + 3H 3He + e-

20 mg(eff) Tritium 2x1018 T2-Moleküle: NnEinfang(KATRIN) = 1.7x10-6 nen/<nen> [Jahr-1]

Alle 590 000 Jahre ein Ereignis! für <nen> = 56 cm-3

Hoffnung:

Zahl der Neutrino-Einfänge bei der mittleren Dichte von nen 56 [Elektron-Neutrinos/cm3]

KATRIN: 1 Ereignis in in 590 000 Jahren.

Gravitatationsanziehung der Kosmischen Hintergrund-Neutrinos in unsere Galaxie.

Probleme:

Überdichte der Neutrinos die gleiche wie für die

ProtonenGravitative Verdichtung auf der Skala

unserer Galaxie: nn/<nn> = nb/<nb> ~ 106 ; (R = 30 kpc)

NnEinfänge(KATRIN) = 1.7x10-6 nn/<nn> (year-1) = 1.7 [Ereignisse = Einfänge pro Jahr]

Effective Tritium Source: 20 microgram 2 milligramNncapture(KATRIN*) = 1.7x10-4 nn/<nn> (year-1)= 170 [counts/year];

Wie blicken wir zurück zum Urknall?• Bis 380 000 Jahre nach dem Urknall mit den Kosmischen

Hintergund-Photonen. Universum flach. Fingerabdruck der Gravitationswellen

des Urknalls. • Bis eine Sekunde nach dem Urknall mit den Kosmischen

Hintergrund-Neutrinos.Wieviele Neutrinos gibt es in der Milchstrasse.

• Bis in den Urknall 10-31 Sekunden mit Gravitationswellen. ENDE