Theoretische Physik - Fundamentale Wechselwirkungen Daniel Grumiller Institute for Theoretical Physics Vienna University of Technology

Proseminar LV 138.039, 11. Juni 2010

Outline

Fundamentale Wechselwirkungen

Personen am Institut

Beispiel: Entwicklung des Universums

D. Grumiller — Theoretische Physik - Fundamentale Wechselwirkungen

2/17

Outline

Fundamentale Wechselwirkungen

Personen am Institut

Beispiel: Entwicklung des Universums

D. Grumiller — Theoretische Physik - Fundamentale Wechselwirkungen

Fundamentale Wechselwirkungen

3/17

Vier Wechselwirkungen in der Natur... ...sind bisher bekannt und beschreiben alle physikalischen Ph¨ anomene im Universum I I I I

Elektromagnetismus: Austauschteilchen Photon Gravitation: Austauschteilchen Graviton Schwache Wechselwirkung: Austauschteilchen W,Z-Bosonen Starke Wechselwirkung: Austauschteilchen gluonen

D. Grumiller — Theoretische Physik - Fundamentale Wechselwirkungen

Fundamentale Wechselwirkungen

4/17

Vielleicht nur eine fundamentale Wechselwirkung? Vereinheitlichung der Kr¨afte:

I

Grand Unified Theories (GUTs)

I

Superstrings

I

Andere Modelle?

Experimentelle Evidenz?

I

Proton Zerfall?

I

Supersymmetry?

I

LHC!

D. Grumiller — Theoretische Physik - Fundamentale Wechselwirkungen

Fundamentale Wechselwirkungen

5/17

Woraus besteht das Universum? Bestandteile unseres Universums: I Verstehen weniger als 5% des Universums!

D. Grumiller — Theoretische Physik - Fundamentale Wechselwirkungen

Fundamentale Wechselwirkungen

6/17

Woraus besteht das Universum? Bestandteile unseres Universums: I Verstehen weniger als 5% des Universums! I

Dunkle Materie: viele Hinweise, viele Kandidaten

D. Grumiller — Theoretische Physik - Fundamentale Wechselwirkungen

Fundamentale Wechselwirkungen

6/17

Woraus besteht das Universum? Bestandteile unseres Universums: I Verstehen weniger als 5% des Universums! I

Dunkle Materie: viele Hinweise, viele Kandidaten

I

Plausibler Kandidat: SUSY

D. Grumiller — Theoretische Physik - Fundamentale Wechselwirkungen

Fundamentale Wechselwirkungen

6/17

Woraus besteht das Universum? Bestandteile unseres Universums: I Verstehen weniger als 5% des Universums! I

Dunkle Materie: viele Hinweise, viele Kandidaten

I

Plausibler Kandidat: SUSY

I

SUSY/andere Kandidaten: Entdeckung am LHC m¨oglich!

D. Grumiller — Theoretische Physik - Fundamentale Wechselwirkungen

Fundamentale Wechselwirkungen

6/17

Woraus besteht das Universum? Bestandteile unseres Universums: I Verstehen weniger als 5% des Universums! I

Dunkle Materie: viele Hinweise, viele Kandidaten

I

Plausibler Kandidat: SUSY

I

SUSY/andere Kandidaten: Entdeckung am LHC m¨oglich!

I

u ¨ber 70% Dunkle Energie

D. Grumiller — Theoretische Physik - Fundamentale Wechselwirkungen

Fundamentale Wechselwirkungen

6/17

Woraus besteht das Universum? Bestandteile unseres Universums: I Verstehen weniger als 5% des Universums! I

Dunkle Materie: viele Hinweise, viele Kandidaten

I

Plausibler Kandidat: SUSY

I

SUSY/andere Kandidaten: Entdeckung am LHC m¨oglich!

I

u ¨ber 70% Dunkle Energie

I

Einfachste Erkl¨arung: kosmologische Konstante

D. Grumiller — Theoretische Physik - Fundamentale Wechselwirkungen

Fundamentale Wechselwirkungen

6/17

Woraus besteht das Universum? Bestandteile unseres Universums: I Verstehen weniger als 5% des Universums! I

Dunkle Materie: viele Hinweise, viele Kandidaten

I

Plausibler Kandidat: SUSY

I

SUSY/andere Kandidaten: Entdeckung am LHC m¨oglich!

I

u ¨ber 70% Dunkle Energie

I

Einfachste Erkl¨arung: kosmologische Konstante

I

Aber: warum so klein??? 10−123

D. Grumiller — Theoretische Physik - Fundamentale Wechselwirkungen

Fundamentale Wechselwirkungen

6/17

Wie sieht man heute in die Vergangenheit? Entweder mit Astrophysik (COBE, WMAP, Planck) ...

D. Grumiller — Theoretische Physik - Fundamentale Wechselwirkungen

Fundamentale Wechselwirkungen

7/17

Wie sieht man heute in die Vergangenheit? ... oder mit Teilchenphysik (LEP, RHIC, LHC, ...)

Teilchen die wir kennen:

Teilchen die wir nicht kennen:

D. Grumiller — Theoretische Physik - Fundamentale Wechselwirkungen

Fundamentale Wechselwirkungen

8/17

Wie sieht man heute in die Vergangenheit? ... oder mit Teilchenphysik (LEP, RHIC, LHC, ...)

Teilchen die wir kennen:

Teilchen die wir nicht kennen: Graviton und Higgs!

Quelle: http://xkcd.com D. Grumiller — Theoretische Physik - Fundamentale Wechselwirkungen

Fundamentale Wechselwirkungen

8/17

Wie sieht man heute in die Vergangenheit? ... oder mit Teilchenphysik (LEP, RHIC, LHC, ...)

Warum Higgs am LHC?

D. Grumiller — Theoretische Physik - Fundamentale Wechselwirkungen

Fundamentale Wechselwirkungen

8/17

Wie sieht man heute in die Vergangenheit? ... oder mit Teilchenphysik (LEP, RHIC, LHC, ...)

Warum Higgs am LHC? ...und wie werden wir es finden?

D. Grumiller — Theoretische Physik - Fundamentale Wechselwirkungen

Fundamentale Wechselwirkungen

8/17

Wie sieht man heute in die Vergangenheit? ... oder mit Teilchenphysik (LEP, RHIC, LHC, ...)

Warum Higgs am LHC? ...und wie werden wir es finden?

Higgs event im CMS Detektor:

D. Grumiller — Theoretische Physik - Fundamentale Wechselwirkungen

Fundamentale Wechselwirkungen

8/17

Outline

Fundamentale Wechselwirkungen

Personen am Institut

Beispiel: Entwicklung des Universums

D. Grumiller — Theoretische Physik - Fundamentale Wechselwirkungen

Personen am Institut

9/17

Herbert Balasin — Allgemeine Relativit¨atstheorie Klassische und Quantenaspekte

Steckbrief:

Distributionelle Relativit¨atstheorie

Herbert Balasin Ass. Prof. 27 publications Collaborations: Vienna U. Leipzig U. ...

Ultrarelativistische Schwarze L¨ ocher und Gravitationsschockwellen

D. Grumiller — Theoretische Physik - Fundamentale Wechselwirkungen

Personen am Institut

10/17

Daniel Grumiller — Schwarze L¨ ocher Quantengravitation, das holographische Prinzip und Anwendungen

Steckbrief:

Schwarze L¨ ocher in Astrophysik und Kosmologie...

Daniel Grumiller START 61 publications Collaborations: ESI ASC Munich Michigan U. CERN Perimeter Institute Uppsala U. MIT Washington U. (Seattle) Waterloo U. Charles U. Catania U. Penn State U. ESA Brown U. Stockholm U. St. Petersburg State U. ...

... und neuerdings auch in Elementarteilchenphysik und kondensierter Materie mittels der AdS/CFT Korrespondenz!

D. Grumiller — Theoretische Physik - Fundamentale Wechselwirkungen

Personen am Institut

11/17

Max Kreuzer — Stringtheorie Die Geometrie der verborgenen Dimensionen

Steckbrief:

Eine Calabi-Yau Mannigfaltigkeit:

Max Kreuzer Prof. 82 publications Collaborations: ESI TU Graz Tubingen U. Pennsylvania U. Augsburg U. CERN Democritos NRC INFN Freie U. Berlin Wisconsin U. Harish-Chandra RI Hannover U. Oxford U. Leipzig MPI Potsdam MPI Chicgo U. ... D. Grumiller — Theoretische Physik - Fundamentale Wechselwirkungen

Personen am Institut

12/17

Anton Rebhan — Quark-Gluon-Plasmaphysik Schwerionenst¨ osse am RHIC und am LHC

Steckbrief:

Schwerionenkollisions-Event im STAR Detektor am RHIC:

Anton Rebhan O. Univ. Prof. 130 publications Collaborations: ESI Stony Brook Cambridge U. Ecole Normale Superieure Brandon U. Winnipeg U. Frankfurt U. Santa Barbara KITP Helsinki U. Washington U. (Seattle) ECT Trento Saclay, SPhT Hannover U. Bielefeld U. North Carolina U. CERN ...

Theoretische Beschreibung mit thermischer Quantenfeldtheorie und AdS/CFT Korrespondenz

D. Grumiller — Theoretische Physik - Fundamentale Wechselwirkungen

Personen am Institut

13/17

Andreas Schmitt — Dense quark matter Color superconductivity and compact stars

Steckbrief:

Das Phasendiagramm der QCD — ein ungel¨ostes Problem!

T

heavy ion collider

QGP

Andreas Schmitt Ass. Prof. 47 publications Collaborations: Stony Brook Washington U. (St. Louis) MIT North Carolina State U. Frankfurt U. U. of Science and Technology, China Shandong U.

hadronic gas nuclear superfluid

non−CFL CFL

liq neutron star

D. Grumiller — Theoretische Physik - Fundamentale Wechselwirkungen

µ

Personen am Institut

14/17

Manfred Schweda — Nicht-kommutative Quantenfeldtheorie Physikalische Gesetze in nicht-kommutativer Raumzeit

Steckbrief:

Kurze Distanzen: Unsch¨arfe in Raumzeit!

Manfred Schweda Em. O. Univ. Prof. 111 publications Collaborations: U. Vienna Lyon IPN Espirito Santo U. Leipzig MPI CERN Bonn U. ... QFT = Quantenfeldtheorie

D. Grumiller — Theoretische Physik - Fundamentale Wechselwirkungen

Personen am Institut

15/17

Outline

Fundamentale Wechselwirkungen

Personen am Institut

Beispiel: Entwicklung des Universums

D. Grumiller — Theoretische Physik - Fundamentale Wechselwirkungen

Beispiel: Entwicklung des Universums

16/17

Geschichte des Universums

CMB:

Oberes Bild: COBE Satellit (900km) Unteres Bild: WMAP Satellit auf Lagrangepunkt L2 (1.5 ∗ 106 km) D. Grumiller — Theoretische Physik - Fundamentale Wechselwirkungen

Beispiel: Entwicklung des Universums

17/17