Download - Hartmut Abele Sommersemester 2006 Gravitation. Hartmut Abele 2 Präsentationsfolien, 25. April 2006
Hartmut Abele
Sommersemester 2006
Gravitation
Hartmut Abele 2
Präsentationsfolien, 25. April 2006Präsentationsfolien, 25. April 2006
Hartmut Abele 3
Quests in Fundamental PhysicsQuests in Fundamental Physics
Weakinteraction
Electro-magnetism
Stronginteraction
Gravity
Lämmerzahl, Graduiertentage Heidelberg 2003
Hartmut Abele 4
Knowledge of a basic law of physics Knowledge of a basic law of physics Two Theories:
– Theory of Gravitation: General Relativity
– Quantum Theory: Standard Model
Derived from simple symmetry principles
NeutronNano-eV
High energy particle PhysicsTera-eV
Hartmut Abele 5
= 1/137
100 GeV, LEP-energy at CERN
= 1/128
Hartmut Abele 6
GUTMPL
MnPL
quantum gravity
= 1/137
100 GeV, LEP-energy at CERN
= 1/128
Hartmut Abele 7
ART im Alltag: Global Positioning System ART im Alltag: Global Positioning System (GPS)(GPS)
10.229999995453 MHz instead of 10.23 MHz10.229999995453 MHz instead of 10.23 MHz
Hartmut Abele 8
2 Säulen:2 Säulen:
QuantentheorieQuantentheorie RelativitätstheoriRelativitätstheoriee
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Hartmut Abele 10
Kuiper beltKuiper belt
Hartmut Abele 11
Gravitation im GroßenGravitation im Großen
Hartmut Abele 12
Gravitation bei großen AbständenGravitation bei großen Abständen
Hartmut Abele 13
... sehr große Abstände... sehr große Abstände
Hartmut Abele 14
Vom AristotelesschenVom AristotelesschenZentrum der Welt Zentrum der Welt bis zum Big Bangbis zum Big Bang
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Gravitation im Kleinen:Gravitation im Kleinen:Gravitation und QuantenmechanikGravitation und Quantenmechanik
Phasenverschiebung in Neutronen, Atomen Gebundene Quantenzustände im Gravitationsfeld
der Erde QCD String Theorien
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Rauch et al.Rauch et al.
Hartmut Abele 17
COW-Experimente
1975 erstmalige Beobachtung einer Gravitations-Induzierten Phasenverschiebung bei Materiewellen von Colella, Overahauser und Werner
Verwendet wurde ein Neutroneninterferometer, das aus einem Einkristall gefräst wurde
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COW-Experimente
Schematischer Versuchsaufbau
Abhängigkeit der relativen Phase vom Rotationswinkel:
= Rotationswinkel
= Richtung einfallender Strahl
und Rotationsachse
= Braggwinkel
= Neutronendetektoren
AB
iC
sin COWq
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COW-Experimente
gleiche Phasenverschiebung auf den Pfaden AC und BD
Ist kommt es zu einer relativen Phasendifferenz auf den Pfaden AB und
CD
0
)(22
2220
2
0 mgHm
k
m
kE
)sin()( SH sin0
2
2
0k
Sgmkkk
ABk 2
0 k sin2 022 Agmh
S
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COW-Experimente
Ergebnis des ersten Experiments von 1975
Integrationszeit pro Meßpunkt: 80 Minuten
32 II
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Grundlegende Fragen?Grundlegende Fragen?
mehr als 1000x zitiert in den letzten 5 Jahren, geordnet nach Häufigkeit:
– Particle Data Booklet (unzählig viele Zitate), Teilchenphysik
– WMAP, 3K Hintergrunstrahlung (3175), Kosmologie
– Massenhirarchie und Extradimensionen (2749)
– superconformal field theories and supergravity (3829)
– Measurements of omega and lambda from 42 high redshift supernovae (2635)
– The Hierarchy problem and new dimensions at a millimeter (2715)
– New dimensions at a millimeter to a Fermi and superstrings at a TeV (2049)
– First results from KamLAND: Evidence for reactor anti-neutrino disappearance (1060)
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Grundidee: Gravity and Space TimeGrundidee: Gravity and Space Time
SM, Electromagnetism Gravity String Theory
and Extra Dimensions
)1()( /21 rermm
GrV
)1()( /21 rermm
GrV
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Newton:Brief an Bentley, 25.2.1692Newton:Brief an Bentley, 25.2.1692
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Graduiertentage 2003 (Lämmerzahl): Graduiertentage 2003 (Lämmerzahl): Reasons for new interestReasons for new interest
New experimental devices– Ultrastable cavities
– Lasers
– Frequency comb
– SQUIDs
– Space experiments (GP-B, MICROSCOPE, ACES, SUMO, PARCS, RACE, STEP, OPTIS)
– New space related techniques (drag free, grav. sensors)
Violations predicted by quantum gravity– Modification of Maxwell equations
– Modification of Dirac equation
– Yukawa modification of Newton potental
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ÜberblickÜberblick
Gravitationstheorien– Aristoteles, Galilei, Kepler: Rotationskurven Galaxien: Dark Matter I
– Newton: G - Bestimmung
Newton– Test 1/r im Sonnensystem 1:1012 Pioneer-Anomalie
– r kleiner 1 mm
Einstein: ART– Klassische Tests: Merkur, Lichtablenkung etc.
– Kosmologie, Kosmologische Konstante, zeitabh. der Kopplungskonstanten
– Gravitationslinsen
– Aequivalenzprinzip
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ÜberblickÜberblick Schwache Gravitationsfelder
– Non-Newton bei kleinen Abständen– Große Extradimensionen und die Frage nach der
Dimensionalität der Raumzeit– Quantenzustände im Gravitationsfeld der Erde– Suche nach Gravitomagnetismus, Lense-Thirring-
Effekt
Starke Gravitationsfelder– Pulsare, Doppelpulsare– Gravitationswellen – Schwarzes Loch– Hawking-Strahlung
Quantentests der ART
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Wiederholung zum 2. Mai 2006Wiederholung zum 2. Mai 2006 Krümmung im
Riemannschen Raum s. Gravitation, U.E.
Schröder, s. 30
2
2 2 211 12 222
ds g dx dx
ds g dx g dxdy g dy
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KugelKugel
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Gauss-KruemmungGauss-Kruemmung
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Zwei geodätische Oberflächen durch den Zwei geodätische Oberflächen durch den selben Punktselben Punkt
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John Wheeler, Gravitation und Raumzeit, John Wheeler, Gravitation und Raumzeit, S.69S.69
Ein Bumerangflug durch die Erde
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Krümmung, die Sprache
der Gravitation
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