O neutrinech a temneacute energiijako ilustraci vztahu jevů

mikrosvěta a makrosvětaa poklona

Ray Davisovi a

Georgesovi Lemaitrovi

Jiřiacute Chyacutela Fyzikaacutelniacute uacutestav Akademie věd ČR

Dokaacutežiacute neutrina předběhnout světlo Jakyacute osud čekaacute (naacuteš) vesmiacuter

21042023 1Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 2Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 3Gymnaacutezium Jan Keplera

Co dnes viacuteme o struktuře hmoty

21042023 4Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 5

Zaacutekladniacute dnešniacute znalosti zaacutekonů mikrosvěta jsou shrnuty ve

standardniacutem modeluPodle něj jsou zaacutekladniacutemi stavebniacutemi kameny hmoty

tři generace zaacutekladniacutech fermionů

tj čaacutestic se spinem 12 jež se daacutele děliacute na

kvarky a leptony

Ke každeacute z těchto čaacutestic existuje i odpoviacutedajiacuteciacute antičaacutestice

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 6

Z barevnyacutech kvarků jsou složeny dobře znaacutemeacute čaacutestice jako jsou napřiacuteklad proton a neutron

U Ud

proton= neutron=d u

d

kvarky v přiacuterodě neexistujiacute jako volneacute čaacutestice

ale vždy jen uvnitř čaacutestic jako jsou protony a neutrony

Experimentaacutelniacute data lze pochopit jen za předpoklaacutedu žehadrony jsou bezbarveacute kombinace kvarků

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 7

Tři z nich majiacute společnou charakteristiku lze je popsat pomociacute bdquovyacuteměnyldquo čaacutestic se spinem 1

gravitačniacute elektromagnetickeacute slabeacutesilneacute

Siacutely mezi kvarky a leptony

Zaacutekladniacute poselstviacute fyziky 20 stoletiacute

Vesmiacuter tak jak ho znaacuteme by nevznikl ani nemohl existovat pokud by v něm platily zaacutekony klasickeacute fyziky ale je založen na dvou piliacuteřiacutech formulovanyacutechpočaacutetkem 20 stoletiacute

Teorii relativity a kvantoveacute teorii21042023 8Gymnaacutezium Jan Keplera

O neutrinech

21042023 9Gymnaacutezium Jan Keplera

Neutrina viacutetaniacute posloveacute ze SlunceV březnu roku 2005 zemřel ve věku 99 let

Hans Bethe laureaacutet Nobelovy ceny za fyziku v roce 1967

Při jejiacutem uděleniacute staacutel vyacutebor Nobelovy nadace před probleacutemem kteryacute z mnoha zaacutesadniacutech přiacutespěvků Betheho k jaderneacute fyzice vybrat Nakonec se rozhodl pro oceněniacute

Betheho praacutece na objasněniacute mechanismu jakyacutem sviacutetiacute hvězdy

Bylo to spraacutevneacute rozhodnutiacute ale v roce 1967 trochu riskantniacute Nikdo si nedovedl představit jinyacute zdroj energie hvězd než fůzi vodiacuteku na heacutelium ale přiacutemeacute důkazy pro to chyběly Dokonce se zdaacutelo že standardniacute model Slunce maacute vaacutežnyacute probleacutem21042023 10Gymnaacutezium Jan Keplera

V polovině 60 let 19 totiž začal v opuštěneacutem dole na zlato Homestake v Jižniacute Dakotě pro-vaacutedět experimenty americkyacute fyzik a chemik

Raymond Davis

Jeho ciacutelem bylo dokaacutezat že ze Slunce k naacutem přileacutetajiacute neutrina a změřit jejich tok Od počaacutetku jeho vyacutesledy naznačovaly že

neutrin ze Slunce k naacutem přileacutetaacute meacuteně

než kolik předpoviacutedaly teoretickeacute vyacutepočty Svůj

Ray Davis

experiment vylepšoval 25 let a staacutele dostaacuteval stejnyacute vyacutesledek

Většina fyziků však měla o spraacutevnosti jeho dat a spolehlivosti teoretickyacutech vyacutepočtů pochybnosti Na rozhodujiacuteciacute důkaz bylo proto třeba počkat až na konec 90 let A Masatoshi Koshibu

jeho detektor zaznamenaacuteval jen asi třetinu teoreticky předpo-věděneacuteho počtu neutrin

21042023 11Gymnaacutezium Jan Keplera

Toho sice nezajiacutemali neutri-na ze Slunce ale počaacutetkem 80 let minuleacuteho stoletiacute se rozhodl prověřit odvaacutežnou předpověď určiteacute třiacutedy teoriiacute ktereacute se snažiacute sjednotit růz-typy sil že

proton neniacute stabilniacute

Masatoshi Koshiba

K tomu postavil detektor v dole na zinek u japonskeacuteho města Kamioka a od roku 1982 čekaacute až se v něm nějakyacute proton rozpad-ne Zatiacutem se nedočkal ale jeho snaha nebyla marnaacute neboť

jeho detektor zachytil a přesně proměřil tok slunečniacutech neutrin

Jeho měřeniacute potvrdila Davisovy vyacutesledky ale kromě toho takeacute

prokaacutezala existenci pozoruhodneacuteho jevu oscilace neutrin

jenž hraje pro pochopeniacute deficitu slunečniacutech neutrin kliacutečovou roli

jeho detektor zachytil a přesně proměřil tok slunečniacutech neutrin

prokaacutezala existenci pozoruhodneacuteho jevu oscilace neutrin

21042023 12Gymnaacutezium Jan Keplera

1321042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

14

sources of rsquo s

Nuclear Reactors few MeV

Human Body = 340 x 106 day

Earthrsquos Radioactivity 6 x 106 cm2s

The Sun6 x 1010 cm2s

The Big Bang = 330 cm3

SN198720 rsquos

Atmospheric rsquos1 cm2s

- -

_Accelerators

E 03 ndash 30 GeV

zdroje neutrin

Slunce

velkyacute třesk

lidskeacute těloatmosferickaacute neutrina

jaderneacute reaktory

pozemskaacute radioaktivita

urychlovače

SN198720 rsquos

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

Jak dlouho sviacutetiacute Slunce a kde k tomu bere energiiOtaacutezky z čeho ziacuteskaacutevajiacute hvězdy energii pro zaacuteřeniacute a jak dlouho Slunce sviacutetiacute si lideacute začali klaacutest zhruba v polovině 19 stoletiacute a to v souvislosti z objevem zaacutekona zachovaacuteniacute energie

Helmholtz hvězdy ziacuteskaacutevajiacute energii

přeměnou gravitačniacute energie na teplo

Darwin na zaacutekladě uacutevah o rychlosti eroze jednoho uacutedoliacute v Jižniacute Anglii odhadl staacuteřiacute Slunce na zhruba 300 milioacutenů let To byla doba dostatečně dlouhaacute pro vyacutevoj druhů přirozenou selekciacute jak ho Darwin formuloval ve sveacute klasickeacute praacuteci O původu druhů

Kelvin došel na zaacutekladě uacutevah o gravitačniacute kontrakci Slunce k čiacuteslu asi desetkraacutet menšiacutemu čiacutemž a vzbudil v Darwinovi pochybnosti o spraacutevnosti jeho hypoteacutezy přirozeneacute selekce druhů Jak dnes viacuteme pravdu měl Darwin ne Kelvin

21042023 15Gymnaacutezium Jan Keplera

1896 H Becquerel objevil spontaacutenniacute radioaktivitu uranu Od počaacutetku bylo jasneacute že zaacuteřeniacute je tvořeno elektricky nabityacutemi čaacutesticemi a že maacute dvě složky α a β

1903 Pierre Curie raacutedium nepřetržitě vyzařuje teplo a přitom se neochlazuje Kraacutetce se zdaacutelo že přirozenaacute radioaktivita by mohla byacutet zdrojem energie pro Slunce ale astronomoveacute brzy ukaacutezali že Slunce je tvořeno převaacutežně plynnyacutem vodiacutekem a radioaktivniacuteho materiaacutelu je tam velmi maacutelo 1905 Rozhodujiacuteciacute okamžik ve vyacutevoji představ jak Slunce sviacutetiacute přinesla Einsteinova teorie relativity Proslulaacute formule

zobecňuje zaacutekon zachovaacuteniacute energie zahrnutiacutem možnosti přeměnit klidovou hmotnost na kinetickou energii a naopak

2mcE

21042023 16Gymnaacutezium Jan Keplera

Přeměna i jen maleacute čaacutesti klidoveacute hmotnosti jader na kinetickou energii tak otevřela možnost ziacuteskat obrovskeacute množstviacute energie

F Aston v roce 1920 zjistil že čtyři jaacutedra vodiacuteku jsou dohromady asi o 07 těžšiacute než jaacutedro heacutelia Kliacuteč k pochopeniacute mechanismu produkce energie ve Slunci byl na světě

Anglickyacute astronom Arthur Eddington teacutehož roku ukaacutezal žepřeměna vodiacuteku na heacutelium může poskytnout dostatek energie na to aby Slunce sviacutetilo asi 100 miliard let

4 protony rarr Helium + 2 pozitrony (+ 2 elektronovaacute neutrina)

Zjednodušenaacute zaacutekladniacute reakce

21042023 17Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 18Gymnaacutezium Jan Keplera

Skutečnost že v β-rozpadu neutronu neutronrarrproton+elektron

vznikaacute kromě elektronu ještě dalšiacute čaacutestice netušil tehdy nikdo a trvalo 17 let než to začalo byacutet fyzikům podezřeleacute

1914 J Chadwick ukaacutezal že spektrum energiiacute elektronů v β-rozpadu je spojiteacute Tento fakt podle Bohra znamenal že

v mikrosvětě se energie v jednotlivyacutech přiacutepadech nezachovaacutevaacute

Toto bdquořešeniacuteldquo odmiacutetal Pauli a pro vysvětleniacute spojiteacuteho spektra postuloval existenci noveacute čaacutestice kterou nazval bdquoneutronldquo Trvalo čtvrt stoletiacute než byla Pauliho hypoteacuteza neutrina v roce 1955 potvrzena experimenty Reinese a Cowana Ti prokaacutezali existenci elektronovyacutech antineutrin z jadernyacutech reaktorech tiacutem že pozorovali důsledky jejich sraacutežek s protony v procesu

e p e n 21042023 19Gymnaacutezium Jan Keplera

Produkce energie ve hvězdaacutech

Na jaře roku 1938 se rozpracovaacuteniacutem Eddingtonovy myšlenky začal zabyacutevat německyacute teoretik Hans Bethe Bylo mu sice jen 32 let ale byl na tento uacutekol ze všech tehdejšiacutech fyziků nejleacutepe připraven A již na podzim 1938 dokončil svoji zaacutekladniacute praacuteci

Kromě skutečnosti že v praacuteci popsanyacutech procesech chybiacute neutrino vystihl Bethe podstatu procesů dokonale 21042023 20Gymnaacutezium Jan Keplera

Trpělivost růže přinaacutešiacuteV polovině 50 let přišel mladyacute americkyacute chemik Raymond Davis s myšlenkou změřit tok slunečniacutech neutrin metodou navrženou Brunem Pontecorvo Ta byla založena na reakci

Technickeacute realizaci teacuteto metody Ray zasvětil Davis celyacute život Jeho prvniacute aparatura byla umiacutestěna v opuštěneacutem dole na vaacutepe-nec a jejiacutem srdcem byla naacutedrž na 4000 litrů perchloretylenu Počaacutetkem 60 let Davis ziacuteskal prostředky na stavbu stokraacutet většiacuteho zařiacutezeniacute jež bylo uvedeno do provozu v roce 1964 asi 1800 metrů pod zemiacute v dole na zlato v Homestake

37 37e Cl Ar e

37Cl e

21042023 21Gymnaacutezium Jan Keplera

Snad trocha (velkyacutech a přibližnyacutech) čiacutesel nikoho nezabije Viacuteme že ze Slunce přichaacuteziacute na čtverečniacute centimetr za vteřinu

60 miliard neutrin (62x106)Davisův detektor měl objem

400 krychlovyacutech metrů dopadlo do něj za vteřinu

30 milionů miliard neutrin (30x1015)tj za rok (31 milionů vteřin) celkem

milion miliard miliard neutrin (1024)z nichž v Davisově detektoru interagovalo s neutrony

jen 100 v přiacutepadě člověka (100 kg) to odpoviacutedaacute

1 interagujiacuteciacutemu neutrinu za 40 let

21042023 22Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 23Gymnaacutezium Jan Keplera

Davisův uacutekol byl ovšem daleko složitějšiacute než přiacuteslovečneacute hledaacuteniacute jehly v kupce sena Počet přiacutepadů čiacutetal typicky dva za tyacuteden a protože poločas rozpadu argonu je 35 dniacute bylo z detektoru speciaacutelniacute chemickou procedurou odvaacuteděno každeacute dva měsiacutece 10-20 atomů argonu přitom v 400 tunaacutech perchloretylenu je asi 40 tisiacutec miliard miliard miliard (40x1030) molekul

Hodně velkaacute kupka sena

Za 30 let zaznamenal Davis asi 2200 přiacutepadů produkce argonu Tento počet odpoviacutedal toku slunečniacutech neutrin 256plusmn03 solaacuterniacutech jednotek (SNU) Předpověď standardniacuteho modelu Slunce byla třikraacutet většiacute 76plusmn13 SNU 21042023 24Gymnaacutezium Jan Keplera

Vyřešeniacute probleacutemu solaacuterniacutech neutrin

Fyzikaacutelniacute neutrina daneacute bdquovůněldquo tj νe νμντ

jsou směsi stavů ν1 ν2ν3 s nenulovyacutemi hmotnostmi

chovajiacute se podobně jako chameleoni neboť

během pohybu měniacute svou bdquovůnildquo

Tomuto ryze kvantoveacutemu efektu se řiacutekaacute bdquooscilace neutrinldquo

Pokud se elektronoveacute neutrino během letu z nitra Slunce změniacute na mionoveacute či tauonoveacute neurino detektory Davise a Koshiby ho nemohli zachytit 21042023 25Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho elektronoveacuteho neutrina

Oscilace zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti kde ji měřiacuteme a energii neutrina21042023 26Gymnaacutezium Jan Keplera

Postavena za uacutečelem detekce oscilace

Neutrina v Opeře

21042023 27Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho mionoveacuteho neutrina

21042023 28Gymnaacutezium Jan Keplera

Neu2012 27-28 Sept 2010 CERNEdda Gschwendtner CERN 29

CERN PS

SPS

LHC

CNGS

Lake Geneva

CERN Accelerator Complex

21042023 29Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 30Gymnaacutezium Jan Keplera

producemuon-neutrinos

measuretau-neutrinos

CERN

Gra

n Sa

sso

732km

~41019 pyear ~21019 year ~2 year (~11017 year)

Bilance experimentu od počaacutetku roku 2009 bylo

ze 100 miliard miliard protonů (1020) v CERN vyrobeno

50 miliard miliard mionovyacutech neutrin (5x1019) z nichž jich do detektoru OPERA dopadla

setina (5x1017) v něm interagovalo cca deset tisiacutec z nich bylo jedineacute hledaneacute tauonoveacute neutrino

Praacutevě ty bdquoneužitečneacuteldquo přiacutepady interakce neoscilujiacuteciacuteho mionoveacuteho neutrina byly použity pro měřeniacute jeho rychlosti21042023 31Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 2Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 3Gymnaacutezium Jan Keplera

Co dnes viacuteme o struktuře hmoty

21042023 4Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 5

Zaacutekladniacute dnešniacute znalosti zaacutekonů mikrosvěta jsou shrnuty ve

standardniacutem modeluPodle něj jsou zaacutekladniacutemi stavebniacutemi kameny hmoty

tři generace zaacutekladniacutech fermionů

tj čaacutestic se spinem 12 jež se daacutele děliacute na

kvarky a leptony

Ke každeacute z těchto čaacutestic existuje i odpoviacutedajiacuteciacute antičaacutestice

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 6

Z barevnyacutech kvarků jsou složeny dobře znaacutemeacute čaacutestice jako jsou napřiacuteklad proton a neutron

U Ud

proton= neutron=d u

d

kvarky v přiacuterodě neexistujiacute jako volneacute čaacutestice

ale vždy jen uvnitř čaacutestic jako jsou protony a neutrony

Experimentaacutelniacute data lze pochopit jen za předpoklaacutedu žehadrony jsou bezbarveacute kombinace kvarků

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 7

Tři z nich majiacute společnou charakteristiku lze je popsat pomociacute bdquovyacuteměnyldquo čaacutestic se spinem 1

gravitačniacute elektromagnetickeacute slabeacutesilneacute

Siacutely mezi kvarky a leptony

Zaacutekladniacute poselstviacute fyziky 20 stoletiacute

Vesmiacuter tak jak ho znaacuteme by nevznikl ani nemohl existovat pokud by v něm platily zaacutekony klasickeacute fyziky ale je založen na dvou piliacuteřiacutech formulovanyacutechpočaacutetkem 20 stoletiacute

Teorii relativity a kvantoveacute teorii21042023 8Gymnaacutezium Jan Keplera

O neutrinech

21042023 9Gymnaacutezium Jan Keplera

Neutrina viacutetaniacute posloveacute ze SlunceV březnu roku 2005 zemřel ve věku 99 let

Hans Bethe laureaacutet Nobelovy ceny za fyziku v roce 1967

Při jejiacutem uděleniacute staacutel vyacutebor Nobelovy nadace před probleacutemem kteryacute z mnoha zaacutesadniacutech přiacutespěvků Betheho k jaderneacute fyzice vybrat Nakonec se rozhodl pro oceněniacute

Betheho praacutece na objasněniacute mechanismu jakyacutem sviacutetiacute hvězdy

Bylo to spraacutevneacute rozhodnutiacute ale v roce 1967 trochu riskantniacute Nikdo si nedovedl představit jinyacute zdroj energie hvězd než fůzi vodiacuteku na heacutelium ale přiacutemeacute důkazy pro to chyběly Dokonce se zdaacutelo že standardniacute model Slunce maacute vaacutežnyacute probleacutem21042023 10Gymnaacutezium Jan Keplera

V polovině 60 let 19 totiž začal v opuštěneacutem dole na zlato Homestake v Jižniacute Dakotě pro-vaacutedět experimenty americkyacute fyzik a chemik

Raymond Davis

Jeho ciacutelem bylo dokaacutezat že ze Slunce k naacutem přileacutetajiacute neutrina a změřit jejich tok Od počaacutetku jeho vyacutesledy naznačovaly že

neutrin ze Slunce k naacutem přileacutetaacute meacuteně

než kolik předpoviacutedaly teoretickeacute vyacutepočty Svůj

Ray Davis

experiment vylepšoval 25 let a staacutele dostaacuteval stejnyacute vyacutesledek

Většina fyziků však měla o spraacutevnosti jeho dat a spolehlivosti teoretickyacutech vyacutepočtů pochybnosti Na rozhodujiacuteciacute důkaz bylo proto třeba počkat až na konec 90 let A Masatoshi Koshibu

jeho detektor zaznamenaacuteval jen asi třetinu teoreticky předpo-věděneacuteho počtu neutrin

21042023 11Gymnaacutezium Jan Keplera

Toho sice nezajiacutemali neutri-na ze Slunce ale počaacutetkem 80 let minuleacuteho stoletiacute se rozhodl prověřit odvaacutežnou předpověď určiteacute třiacutedy teoriiacute ktereacute se snažiacute sjednotit růz-typy sil že

proton neniacute stabilniacute

Masatoshi Koshiba

K tomu postavil detektor v dole na zinek u japonskeacuteho města Kamioka a od roku 1982 čekaacute až se v něm nějakyacute proton rozpad-ne Zatiacutem se nedočkal ale jeho snaha nebyla marnaacute neboť

jeho detektor zachytil a přesně proměřil tok slunečniacutech neutrin

Jeho měřeniacute potvrdila Davisovy vyacutesledky ale kromě toho takeacute

prokaacutezala existenci pozoruhodneacuteho jevu oscilace neutrin

jenž hraje pro pochopeniacute deficitu slunečniacutech neutrin kliacutečovou roli

jeho detektor zachytil a přesně proměřil tok slunečniacutech neutrin

prokaacutezala existenci pozoruhodneacuteho jevu oscilace neutrin

21042023 12Gymnaacutezium Jan Keplera

1321042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

14

sources of rsquo s

Nuclear Reactors few MeV

Human Body = 340 x 106 day

Earthrsquos Radioactivity 6 x 106 cm2s

The Sun6 x 1010 cm2s

The Big Bang = 330 cm3

SN198720 rsquos

Atmospheric rsquos1 cm2s

- -

_Accelerators

E 03 ndash 30 GeV

zdroje neutrin

Slunce

velkyacute třesk

lidskeacute těloatmosferickaacute neutrina

jaderneacute reaktory

pozemskaacute radioaktivita

urychlovače

SN198720 rsquos

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

Jak dlouho sviacutetiacute Slunce a kde k tomu bere energiiOtaacutezky z čeho ziacuteskaacutevajiacute hvězdy energii pro zaacuteřeniacute a jak dlouho Slunce sviacutetiacute si lideacute začali klaacutest zhruba v polovině 19 stoletiacute a to v souvislosti z objevem zaacutekona zachovaacuteniacute energie

Helmholtz hvězdy ziacuteskaacutevajiacute energii

přeměnou gravitačniacute energie na teplo

Darwin na zaacutekladě uacutevah o rychlosti eroze jednoho uacutedoliacute v Jižniacute Anglii odhadl staacuteřiacute Slunce na zhruba 300 milioacutenů let To byla doba dostatečně dlouhaacute pro vyacutevoj druhů přirozenou selekciacute jak ho Darwin formuloval ve sveacute klasickeacute praacuteci O původu druhů

Kelvin došel na zaacutekladě uacutevah o gravitačniacute kontrakci Slunce k čiacuteslu asi desetkraacutet menšiacutemu čiacutemž a vzbudil v Darwinovi pochybnosti o spraacutevnosti jeho hypoteacutezy přirozeneacute selekce druhů Jak dnes viacuteme pravdu měl Darwin ne Kelvin

21042023 15Gymnaacutezium Jan Keplera

1896 H Becquerel objevil spontaacutenniacute radioaktivitu uranu Od počaacutetku bylo jasneacute že zaacuteřeniacute je tvořeno elektricky nabityacutemi čaacutesticemi a že maacute dvě složky α a β

1903 Pierre Curie raacutedium nepřetržitě vyzařuje teplo a přitom se neochlazuje Kraacutetce se zdaacutelo že přirozenaacute radioaktivita by mohla byacutet zdrojem energie pro Slunce ale astronomoveacute brzy ukaacutezali že Slunce je tvořeno převaacutežně plynnyacutem vodiacutekem a radioaktivniacuteho materiaacutelu je tam velmi maacutelo 1905 Rozhodujiacuteciacute okamžik ve vyacutevoji představ jak Slunce sviacutetiacute přinesla Einsteinova teorie relativity Proslulaacute formule

zobecňuje zaacutekon zachovaacuteniacute energie zahrnutiacutem možnosti přeměnit klidovou hmotnost na kinetickou energii a naopak

2mcE

21042023 16Gymnaacutezium Jan Keplera

Přeměna i jen maleacute čaacutesti klidoveacute hmotnosti jader na kinetickou energii tak otevřela možnost ziacuteskat obrovskeacute množstviacute energie

F Aston v roce 1920 zjistil že čtyři jaacutedra vodiacuteku jsou dohromady asi o 07 těžšiacute než jaacutedro heacutelia Kliacuteč k pochopeniacute mechanismu produkce energie ve Slunci byl na světě

Anglickyacute astronom Arthur Eddington teacutehož roku ukaacutezal žepřeměna vodiacuteku na heacutelium může poskytnout dostatek energie na to aby Slunce sviacutetilo asi 100 miliard let

4 protony rarr Helium + 2 pozitrony (+ 2 elektronovaacute neutrina)

Zjednodušenaacute zaacutekladniacute reakce

21042023 17Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 18Gymnaacutezium Jan Keplera

Skutečnost že v β-rozpadu neutronu neutronrarrproton+elektron

vznikaacute kromě elektronu ještě dalšiacute čaacutestice netušil tehdy nikdo a trvalo 17 let než to začalo byacutet fyzikům podezřeleacute

1914 J Chadwick ukaacutezal že spektrum energiiacute elektronů v β-rozpadu je spojiteacute Tento fakt podle Bohra znamenal že

v mikrosvětě se energie v jednotlivyacutech přiacutepadech nezachovaacutevaacute

Toto bdquořešeniacuteldquo odmiacutetal Pauli a pro vysvětleniacute spojiteacuteho spektra postuloval existenci noveacute čaacutestice kterou nazval bdquoneutronldquo Trvalo čtvrt stoletiacute než byla Pauliho hypoteacuteza neutrina v roce 1955 potvrzena experimenty Reinese a Cowana Ti prokaacutezali existenci elektronovyacutech antineutrin z jadernyacutech reaktorech tiacutem že pozorovali důsledky jejich sraacutežek s protony v procesu

e p e n 21042023 19Gymnaacutezium Jan Keplera

Produkce energie ve hvězdaacutech

Na jaře roku 1938 se rozpracovaacuteniacutem Eddingtonovy myšlenky začal zabyacutevat německyacute teoretik Hans Bethe Bylo mu sice jen 32 let ale byl na tento uacutekol ze všech tehdejšiacutech fyziků nejleacutepe připraven A již na podzim 1938 dokončil svoji zaacutekladniacute praacuteci

Kromě skutečnosti že v praacuteci popsanyacutech procesech chybiacute neutrino vystihl Bethe podstatu procesů dokonale 21042023 20Gymnaacutezium Jan Keplera

Trpělivost růže přinaacutešiacuteV polovině 50 let přišel mladyacute americkyacute chemik Raymond Davis s myšlenkou změřit tok slunečniacutech neutrin metodou navrženou Brunem Pontecorvo Ta byla založena na reakci

Technickeacute realizaci teacuteto metody Ray zasvětil Davis celyacute život Jeho prvniacute aparatura byla umiacutestěna v opuštěneacutem dole na vaacutepe-nec a jejiacutem srdcem byla naacutedrž na 4000 litrů perchloretylenu Počaacutetkem 60 let Davis ziacuteskal prostředky na stavbu stokraacutet většiacuteho zařiacutezeniacute jež bylo uvedeno do provozu v roce 1964 asi 1800 metrů pod zemiacute v dole na zlato v Homestake

37 37e Cl Ar e

37Cl e

21042023 21Gymnaacutezium Jan Keplera

Snad trocha (velkyacutech a přibližnyacutech) čiacutesel nikoho nezabije Viacuteme že ze Slunce přichaacuteziacute na čtverečniacute centimetr za vteřinu

60 miliard neutrin (62x106)Davisův detektor měl objem

400 krychlovyacutech metrů dopadlo do něj za vteřinu

30 milionů miliard neutrin (30x1015)tj za rok (31 milionů vteřin) celkem

milion miliard miliard neutrin (1024)z nichž v Davisově detektoru interagovalo s neutrony

jen 100 v přiacutepadě člověka (100 kg) to odpoviacutedaacute

1 interagujiacuteciacutemu neutrinu za 40 let

21042023 22Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 23Gymnaacutezium Jan Keplera

Davisův uacutekol byl ovšem daleko složitějšiacute než přiacuteslovečneacute hledaacuteniacute jehly v kupce sena Počet přiacutepadů čiacutetal typicky dva za tyacuteden a protože poločas rozpadu argonu je 35 dniacute bylo z detektoru speciaacutelniacute chemickou procedurou odvaacuteděno každeacute dva měsiacutece 10-20 atomů argonu přitom v 400 tunaacutech perchloretylenu je asi 40 tisiacutec miliard miliard miliard (40x1030) molekul

Hodně velkaacute kupka sena

Za 30 let zaznamenal Davis asi 2200 přiacutepadů produkce argonu Tento počet odpoviacutedal toku slunečniacutech neutrin 256plusmn03 solaacuterniacutech jednotek (SNU) Předpověď standardniacuteho modelu Slunce byla třikraacutet většiacute 76plusmn13 SNU 21042023 24Gymnaacutezium Jan Keplera

Vyřešeniacute probleacutemu solaacuterniacutech neutrin

Fyzikaacutelniacute neutrina daneacute bdquovůněldquo tj νe νμντ

jsou směsi stavů ν1 ν2ν3 s nenulovyacutemi hmotnostmi

chovajiacute se podobně jako chameleoni neboť

během pohybu měniacute svou bdquovůnildquo

Tomuto ryze kvantoveacutemu efektu se řiacutekaacute bdquooscilace neutrinldquo

Pokud se elektronoveacute neutrino během letu z nitra Slunce změniacute na mionoveacute či tauonoveacute neurino detektory Davise a Koshiby ho nemohli zachytit 21042023 25Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho elektronoveacuteho neutrina

Oscilace zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti kde ji měřiacuteme a energii neutrina21042023 26Gymnaacutezium Jan Keplera

Postavena za uacutečelem detekce oscilace

Neutrina v Opeře

21042023 27Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho mionoveacuteho neutrina

21042023 28Gymnaacutezium Jan Keplera

Neu2012 27-28 Sept 2010 CERNEdda Gschwendtner CERN 29

CERN PS

SPS

LHC

CNGS

Lake Geneva

CERN Accelerator Complex

21042023 29Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 30Gymnaacutezium Jan Keplera

producemuon-neutrinos

measuretau-neutrinos

CERN

Gra

n Sa

sso

732km

~41019 pyear ~21019 year ~2 year (~11017 year)

Bilance experimentu od počaacutetku roku 2009 bylo

ze 100 miliard miliard protonů (1020) v CERN vyrobeno

50 miliard miliard mionovyacutech neutrin (5x1019) z nichž jich do detektoru OPERA dopadla

setina (5x1017) v něm interagovalo cca deset tisiacutec z nich bylo jedineacute hledaneacute tauonoveacute neutrino

Praacutevě ty bdquoneužitečneacuteldquo přiacutepady interakce neoscilujiacuteciacuteho mionoveacuteho neutrina byly použity pro měřeniacute jeho rychlosti21042023 31Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 3Gymnaacutezium Jan Keplera

Co dnes viacuteme o struktuře hmoty

21042023 4Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 5

Zaacutekladniacute dnešniacute znalosti zaacutekonů mikrosvěta jsou shrnuty ve

standardniacutem modeluPodle něj jsou zaacutekladniacutemi stavebniacutemi kameny hmoty

tři generace zaacutekladniacutech fermionů

tj čaacutestic se spinem 12 jež se daacutele děliacute na

kvarky a leptony

Ke každeacute z těchto čaacutestic existuje i odpoviacutedajiacuteciacute antičaacutestice

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 6

Z barevnyacutech kvarků jsou složeny dobře znaacutemeacute čaacutestice jako jsou napřiacuteklad proton a neutron

U Ud

proton= neutron=d u

d

kvarky v přiacuterodě neexistujiacute jako volneacute čaacutestice

ale vždy jen uvnitř čaacutestic jako jsou protony a neutrony

Experimentaacutelniacute data lze pochopit jen za předpoklaacutedu žehadrony jsou bezbarveacute kombinace kvarků

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 7

Tři z nich majiacute společnou charakteristiku lze je popsat pomociacute bdquovyacuteměnyldquo čaacutestic se spinem 1

gravitačniacute elektromagnetickeacute slabeacutesilneacute

Siacutely mezi kvarky a leptony

Zaacutekladniacute poselstviacute fyziky 20 stoletiacute

Vesmiacuter tak jak ho znaacuteme by nevznikl ani nemohl existovat pokud by v něm platily zaacutekony klasickeacute fyziky ale je založen na dvou piliacuteřiacutech formulovanyacutechpočaacutetkem 20 stoletiacute

Teorii relativity a kvantoveacute teorii21042023 8Gymnaacutezium Jan Keplera

O neutrinech

21042023 9Gymnaacutezium Jan Keplera

Neutrina viacutetaniacute posloveacute ze SlunceV březnu roku 2005 zemřel ve věku 99 let

Hans Bethe laureaacutet Nobelovy ceny za fyziku v roce 1967

Při jejiacutem uděleniacute staacutel vyacutebor Nobelovy nadace před probleacutemem kteryacute z mnoha zaacutesadniacutech přiacutespěvků Betheho k jaderneacute fyzice vybrat Nakonec se rozhodl pro oceněniacute

Betheho praacutece na objasněniacute mechanismu jakyacutem sviacutetiacute hvězdy

Bylo to spraacutevneacute rozhodnutiacute ale v roce 1967 trochu riskantniacute Nikdo si nedovedl představit jinyacute zdroj energie hvězd než fůzi vodiacuteku na heacutelium ale přiacutemeacute důkazy pro to chyběly Dokonce se zdaacutelo že standardniacute model Slunce maacute vaacutežnyacute probleacutem21042023 10Gymnaacutezium Jan Keplera

V polovině 60 let 19 totiž začal v opuštěneacutem dole na zlato Homestake v Jižniacute Dakotě pro-vaacutedět experimenty americkyacute fyzik a chemik

Raymond Davis

Jeho ciacutelem bylo dokaacutezat že ze Slunce k naacutem přileacutetajiacute neutrina a změřit jejich tok Od počaacutetku jeho vyacutesledy naznačovaly že

neutrin ze Slunce k naacutem přileacutetaacute meacuteně

než kolik předpoviacutedaly teoretickeacute vyacutepočty Svůj

Ray Davis

experiment vylepšoval 25 let a staacutele dostaacuteval stejnyacute vyacutesledek

Většina fyziků však měla o spraacutevnosti jeho dat a spolehlivosti teoretickyacutech vyacutepočtů pochybnosti Na rozhodujiacuteciacute důkaz bylo proto třeba počkat až na konec 90 let A Masatoshi Koshibu

jeho detektor zaznamenaacuteval jen asi třetinu teoreticky předpo-věděneacuteho počtu neutrin

21042023 11Gymnaacutezium Jan Keplera

Toho sice nezajiacutemali neutri-na ze Slunce ale počaacutetkem 80 let minuleacuteho stoletiacute se rozhodl prověřit odvaacutežnou předpověď určiteacute třiacutedy teoriiacute ktereacute se snažiacute sjednotit růz-typy sil že

proton neniacute stabilniacute

Masatoshi Koshiba

K tomu postavil detektor v dole na zinek u japonskeacuteho města Kamioka a od roku 1982 čekaacute až se v něm nějakyacute proton rozpad-ne Zatiacutem se nedočkal ale jeho snaha nebyla marnaacute neboť

jeho detektor zachytil a přesně proměřil tok slunečniacutech neutrin

Jeho měřeniacute potvrdila Davisovy vyacutesledky ale kromě toho takeacute

prokaacutezala existenci pozoruhodneacuteho jevu oscilace neutrin

jenž hraje pro pochopeniacute deficitu slunečniacutech neutrin kliacutečovou roli

jeho detektor zachytil a přesně proměřil tok slunečniacutech neutrin

prokaacutezala existenci pozoruhodneacuteho jevu oscilace neutrin

21042023 12Gymnaacutezium Jan Keplera

1321042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

14

sources of rsquo s

Nuclear Reactors few MeV

Human Body = 340 x 106 day

Earthrsquos Radioactivity 6 x 106 cm2s

The Sun6 x 1010 cm2s

The Big Bang = 330 cm3

SN198720 rsquos

Atmospheric rsquos1 cm2s

- -

_Accelerators

E 03 ndash 30 GeV

zdroje neutrin

Slunce

velkyacute třesk

lidskeacute těloatmosferickaacute neutrina

jaderneacute reaktory

pozemskaacute radioaktivita

urychlovače

SN198720 rsquos

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

Jak dlouho sviacutetiacute Slunce a kde k tomu bere energiiOtaacutezky z čeho ziacuteskaacutevajiacute hvězdy energii pro zaacuteřeniacute a jak dlouho Slunce sviacutetiacute si lideacute začali klaacutest zhruba v polovině 19 stoletiacute a to v souvislosti z objevem zaacutekona zachovaacuteniacute energie

Helmholtz hvězdy ziacuteskaacutevajiacute energii

přeměnou gravitačniacute energie na teplo

Darwin na zaacutekladě uacutevah o rychlosti eroze jednoho uacutedoliacute v Jižniacute Anglii odhadl staacuteřiacute Slunce na zhruba 300 milioacutenů let To byla doba dostatečně dlouhaacute pro vyacutevoj druhů přirozenou selekciacute jak ho Darwin formuloval ve sveacute klasickeacute praacuteci O původu druhů

Kelvin došel na zaacutekladě uacutevah o gravitačniacute kontrakci Slunce k čiacuteslu asi desetkraacutet menšiacutemu čiacutemž a vzbudil v Darwinovi pochybnosti o spraacutevnosti jeho hypoteacutezy přirozeneacute selekce druhů Jak dnes viacuteme pravdu měl Darwin ne Kelvin

21042023 15Gymnaacutezium Jan Keplera

1896 H Becquerel objevil spontaacutenniacute radioaktivitu uranu Od počaacutetku bylo jasneacute že zaacuteřeniacute je tvořeno elektricky nabityacutemi čaacutesticemi a že maacute dvě složky α a β

1903 Pierre Curie raacutedium nepřetržitě vyzařuje teplo a přitom se neochlazuje Kraacutetce se zdaacutelo že přirozenaacute radioaktivita by mohla byacutet zdrojem energie pro Slunce ale astronomoveacute brzy ukaacutezali že Slunce je tvořeno převaacutežně plynnyacutem vodiacutekem a radioaktivniacuteho materiaacutelu je tam velmi maacutelo 1905 Rozhodujiacuteciacute okamžik ve vyacutevoji představ jak Slunce sviacutetiacute přinesla Einsteinova teorie relativity Proslulaacute formule

zobecňuje zaacutekon zachovaacuteniacute energie zahrnutiacutem možnosti přeměnit klidovou hmotnost na kinetickou energii a naopak

2mcE

21042023 16Gymnaacutezium Jan Keplera

Přeměna i jen maleacute čaacutesti klidoveacute hmotnosti jader na kinetickou energii tak otevřela možnost ziacuteskat obrovskeacute množstviacute energie

F Aston v roce 1920 zjistil že čtyři jaacutedra vodiacuteku jsou dohromady asi o 07 těžšiacute než jaacutedro heacutelia Kliacuteč k pochopeniacute mechanismu produkce energie ve Slunci byl na světě

Anglickyacute astronom Arthur Eddington teacutehož roku ukaacutezal žepřeměna vodiacuteku na heacutelium může poskytnout dostatek energie na to aby Slunce sviacutetilo asi 100 miliard let

4 protony rarr Helium + 2 pozitrony (+ 2 elektronovaacute neutrina)

Zjednodušenaacute zaacutekladniacute reakce

21042023 17Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 18Gymnaacutezium Jan Keplera

Skutečnost že v β-rozpadu neutronu neutronrarrproton+elektron

vznikaacute kromě elektronu ještě dalšiacute čaacutestice netušil tehdy nikdo a trvalo 17 let než to začalo byacutet fyzikům podezřeleacute

1914 J Chadwick ukaacutezal že spektrum energiiacute elektronů v β-rozpadu je spojiteacute Tento fakt podle Bohra znamenal že

v mikrosvětě se energie v jednotlivyacutech přiacutepadech nezachovaacutevaacute

Toto bdquořešeniacuteldquo odmiacutetal Pauli a pro vysvětleniacute spojiteacuteho spektra postuloval existenci noveacute čaacutestice kterou nazval bdquoneutronldquo Trvalo čtvrt stoletiacute než byla Pauliho hypoteacuteza neutrina v roce 1955 potvrzena experimenty Reinese a Cowana Ti prokaacutezali existenci elektronovyacutech antineutrin z jadernyacutech reaktorech tiacutem že pozorovali důsledky jejich sraacutežek s protony v procesu

e p e n 21042023 19Gymnaacutezium Jan Keplera

Produkce energie ve hvězdaacutech

Na jaře roku 1938 se rozpracovaacuteniacutem Eddingtonovy myšlenky začal zabyacutevat německyacute teoretik Hans Bethe Bylo mu sice jen 32 let ale byl na tento uacutekol ze všech tehdejšiacutech fyziků nejleacutepe připraven A již na podzim 1938 dokončil svoji zaacutekladniacute praacuteci

Kromě skutečnosti že v praacuteci popsanyacutech procesech chybiacute neutrino vystihl Bethe podstatu procesů dokonale 21042023 20Gymnaacutezium Jan Keplera

Trpělivost růže přinaacutešiacuteV polovině 50 let přišel mladyacute americkyacute chemik Raymond Davis s myšlenkou změřit tok slunečniacutech neutrin metodou navrženou Brunem Pontecorvo Ta byla založena na reakci

Technickeacute realizaci teacuteto metody Ray zasvětil Davis celyacute život Jeho prvniacute aparatura byla umiacutestěna v opuštěneacutem dole na vaacutepe-nec a jejiacutem srdcem byla naacutedrž na 4000 litrů perchloretylenu Počaacutetkem 60 let Davis ziacuteskal prostředky na stavbu stokraacutet většiacuteho zařiacutezeniacute jež bylo uvedeno do provozu v roce 1964 asi 1800 metrů pod zemiacute v dole na zlato v Homestake

37 37e Cl Ar e

37Cl e

21042023 21Gymnaacutezium Jan Keplera

Snad trocha (velkyacutech a přibližnyacutech) čiacutesel nikoho nezabije Viacuteme že ze Slunce přichaacuteziacute na čtverečniacute centimetr za vteřinu

60 miliard neutrin (62x106)Davisův detektor měl objem

400 krychlovyacutech metrů dopadlo do něj za vteřinu

30 milionů miliard neutrin (30x1015)tj za rok (31 milionů vteřin) celkem

milion miliard miliard neutrin (1024)z nichž v Davisově detektoru interagovalo s neutrony

jen 100 v přiacutepadě člověka (100 kg) to odpoviacutedaacute

1 interagujiacuteciacutemu neutrinu za 40 let

21042023 22Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 23Gymnaacutezium Jan Keplera

Davisův uacutekol byl ovšem daleko složitějšiacute než přiacuteslovečneacute hledaacuteniacute jehly v kupce sena Počet přiacutepadů čiacutetal typicky dva za tyacuteden a protože poločas rozpadu argonu je 35 dniacute bylo z detektoru speciaacutelniacute chemickou procedurou odvaacuteděno každeacute dva měsiacutece 10-20 atomů argonu přitom v 400 tunaacutech perchloretylenu je asi 40 tisiacutec miliard miliard miliard (40x1030) molekul

Hodně velkaacute kupka sena

Za 30 let zaznamenal Davis asi 2200 přiacutepadů produkce argonu Tento počet odpoviacutedal toku slunečniacutech neutrin 256plusmn03 solaacuterniacutech jednotek (SNU) Předpověď standardniacuteho modelu Slunce byla třikraacutet většiacute 76plusmn13 SNU 21042023 24Gymnaacutezium Jan Keplera

Vyřešeniacute probleacutemu solaacuterniacutech neutrin

Fyzikaacutelniacute neutrina daneacute bdquovůněldquo tj νe νμντ

jsou směsi stavů ν1 ν2ν3 s nenulovyacutemi hmotnostmi

chovajiacute se podobně jako chameleoni neboť

během pohybu měniacute svou bdquovůnildquo

Tomuto ryze kvantoveacutemu efektu se řiacutekaacute bdquooscilace neutrinldquo

Pokud se elektronoveacute neutrino během letu z nitra Slunce změniacute na mionoveacute či tauonoveacute neurino detektory Davise a Koshiby ho nemohli zachytit 21042023 25Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho elektronoveacuteho neutrina

Oscilace zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti kde ji měřiacuteme a energii neutrina21042023 26Gymnaacutezium Jan Keplera

Postavena za uacutečelem detekce oscilace

Neutrina v Opeře

21042023 27Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho mionoveacuteho neutrina

21042023 28Gymnaacutezium Jan Keplera

Neu2012 27-28 Sept 2010 CERNEdda Gschwendtner CERN 29

CERN PS

SPS

LHC

CNGS

Lake Geneva

CERN Accelerator Complex

21042023 29Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 30Gymnaacutezium Jan Keplera

producemuon-neutrinos

measuretau-neutrinos

CERN

Gra

n Sa

sso

732km

~41019 pyear ~21019 year ~2 year (~11017 year)

Bilance experimentu od počaacutetku roku 2009 bylo

ze 100 miliard miliard protonů (1020) v CERN vyrobeno

50 miliard miliard mionovyacutech neutrin (5x1019) z nichž jich do detektoru OPERA dopadla

setina (5x1017) v něm interagovalo cca deset tisiacutec z nich bylo jedineacute hledaneacute tauonoveacute neutrino

Praacutevě ty bdquoneužitečneacuteldquo přiacutepady interakce neoscilujiacuteciacuteho mionoveacuteho neutrina byly použity pro měřeniacute jeho rychlosti21042023 31Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

Co dnes viacuteme o struktuře hmoty

21042023 4Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 5

Zaacutekladniacute dnešniacute znalosti zaacutekonů mikrosvěta jsou shrnuty ve

standardniacutem modeluPodle něj jsou zaacutekladniacutemi stavebniacutemi kameny hmoty

tři generace zaacutekladniacutech fermionů

tj čaacutestic se spinem 12 jež se daacutele děliacute na

kvarky a leptony

Ke každeacute z těchto čaacutestic existuje i odpoviacutedajiacuteciacute antičaacutestice

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 6

Z barevnyacutech kvarků jsou složeny dobře znaacutemeacute čaacutestice jako jsou napřiacuteklad proton a neutron

U Ud

proton= neutron=d u

d

kvarky v přiacuterodě neexistujiacute jako volneacute čaacutestice

ale vždy jen uvnitř čaacutestic jako jsou protony a neutrony

Experimentaacutelniacute data lze pochopit jen za předpoklaacutedu žehadrony jsou bezbarveacute kombinace kvarků

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 7

Tři z nich majiacute společnou charakteristiku lze je popsat pomociacute bdquovyacuteměnyldquo čaacutestic se spinem 1

gravitačniacute elektromagnetickeacute slabeacutesilneacute

Siacutely mezi kvarky a leptony

Zaacutekladniacute poselstviacute fyziky 20 stoletiacute

Vesmiacuter tak jak ho znaacuteme by nevznikl ani nemohl existovat pokud by v něm platily zaacutekony klasickeacute fyziky ale je založen na dvou piliacuteřiacutech formulovanyacutechpočaacutetkem 20 stoletiacute

Teorii relativity a kvantoveacute teorii21042023 8Gymnaacutezium Jan Keplera

O neutrinech

21042023 9Gymnaacutezium Jan Keplera

Neutrina viacutetaniacute posloveacute ze SlunceV březnu roku 2005 zemřel ve věku 99 let

Hans Bethe laureaacutet Nobelovy ceny za fyziku v roce 1967

Při jejiacutem uděleniacute staacutel vyacutebor Nobelovy nadace před probleacutemem kteryacute z mnoha zaacutesadniacutech přiacutespěvků Betheho k jaderneacute fyzice vybrat Nakonec se rozhodl pro oceněniacute

Betheho praacutece na objasněniacute mechanismu jakyacutem sviacutetiacute hvězdy

Bylo to spraacutevneacute rozhodnutiacute ale v roce 1967 trochu riskantniacute Nikdo si nedovedl představit jinyacute zdroj energie hvězd než fůzi vodiacuteku na heacutelium ale přiacutemeacute důkazy pro to chyběly Dokonce se zdaacutelo že standardniacute model Slunce maacute vaacutežnyacute probleacutem21042023 10Gymnaacutezium Jan Keplera

V polovině 60 let 19 totiž začal v opuštěneacutem dole na zlato Homestake v Jižniacute Dakotě pro-vaacutedět experimenty americkyacute fyzik a chemik

Raymond Davis

Jeho ciacutelem bylo dokaacutezat že ze Slunce k naacutem přileacutetajiacute neutrina a změřit jejich tok Od počaacutetku jeho vyacutesledy naznačovaly že

neutrin ze Slunce k naacutem přileacutetaacute meacuteně

než kolik předpoviacutedaly teoretickeacute vyacutepočty Svůj

Ray Davis

experiment vylepšoval 25 let a staacutele dostaacuteval stejnyacute vyacutesledek

Většina fyziků však měla o spraacutevnosti jeho dat a spolehlivosti teoretickyacutech vyacutepočtů pochybnosti Na rozhodujiacuteciacute důkaz bylo proto třeba počkat až na konec 90 let A Masatoshi Koshibu

jeho detektor zaznamenaacuteval jen asi třetinu teoreticky předpo-věděneacuteho počtu neutrin

21042023 11Gymnaacutezium Jan Keplera

Toho sice nezajiacutemali neutri-na ze Slunce ale počaacutetkem 80 let minuleacuteho stoletiacute se rozhodl prověřit odvaacutežnou předpověď určiteacute třiacutedy teoriiacute ktereacute se snažiacute sjednotit růz-typy sil že

proton neniacute stabilniacute

Masatoshi Koshiba

K tomu postavil detektor v dole na zinek u japonskeacuteho města Kamioka a od roku 1982 čekaacute až se v něm nějakyacute proton rozpad-ne Zatiacutem se nedočkal ale jeho snaha nebyla marnaacute neboť

jeho detektor zachytil a přesně proměřil tok slunečniacutech neutrin

Jeho měřeniacute potvrdila Davisovy vyacutesledky ale kromě toho takeacute

prokaacutezala existenci pozoruhodneacuteho jevu oscilace neutrin

jenž hraje pro pochopeniacute deficitu slunečniacutech neutrin kliacutečovou roli

jeho detektor zachytil a přesně proměřil tok slunečniacutech neutrin

prokaacutezala existenci pozoruhodneacuteho jevu oscilace neutrin

21042023 12Gymnaacutezium Jan Keplera

1321042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

14

sources of rsquo s

Nuclear Reactors few MeV

Human Body = 340 x 106 day

Earthrsquos Radioactivity 6 x 106 cm2s

The Sun6 x 1010 cm2s

The Big Bang = 330 cm3

SN198720 rsquos

Atmospheric rsquos1 cm2s

- -

_Accelerators

E 03 ndash 30 GeV

zdroje neutrin

Slunce

velkyacute třesk

lidskeacute těloatmosferickaacute neutrina

jaderneacute reaktory

pozemskaacute radioaktivita

urychlovače

SN198720 rsquos

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

Jak dlouho sviacutetiacute Slunce a kde k tomu bere energiiOtaacutezky z čeho ziacuteskaacutevajiacute hvězdy energii pro zaacuteřeniacute a jak dlouho Slunce sviacutetiacute si lideacute začali klaacutest zhruba v polovině 19 stoletiacute a to v souvislosti z objevem zaacutekona zachovaacuteniacute energie

Helmholtz hvězdy ziacuteskaacutevajiacute energii

přeměnou gravitačniacute energie na teplo

Darwin na zaacutekladě uacutevah o rychlosti eroze jednoho uacutedoliacute v Jižniacute Anglii odhadl staacuteřiacute Slunce na zhruba 300 milioacutenů let To byla doba dostatečně dlouhaacute pro vyacutevoj druhů přirozenou selekciacute jak ho Darwin formuloval ve sveacute klasickeacute praacuteci O původu druhů

Kelvin došel na zaacutekladě uacutevah o gravitačniacute kontrakci Slunce k čiacuteslu asi desetkraacutet menšiacutemu čiacutemž a vzbudil v Darwinovi pochybnosti o spraacutevnosti jeho hypoteacutezy přirozeneacute selekce druhů Jak dnes viacuteme pravdu měl Darwin ne Kelvin

21042023 15Gymnaacutezium Jan Keplera

1896 H Becquerel objevil spontaacutenniacute radioaktivitu uranu Od počaacutetku bylo jasneacute že zaacuteřeniacute je tvořeno elektricky nabityacutemi čaacutesticemi a že maacute dvě složky α a β

1903 Pierre Curie raacutedium nepřetržitě vyzařuje teplo a přitom se neochlazuje Kraacutetce se zdaacutelo že přirozenaacute radioaktivita by mohla byacutet zdrojem energie pro Slunce ale astronomoveacute brzy ukaacutezali že Slunce je tvořeno převaacutežně plynnyacutem vodiacutekem a radioaktivniacuteho materiaacutelu je tam velmi maacutelo 1905 Rozhodujiacuteciacute okamžik ve vyacutevoji představ jak Slunce sviacutetiacute přinesla Einsteinova teorie relativity Proslulaacute formule

zobecňuje zaacutekon zachovaacuteniacute energie zahrnutiacutem možnosti přeměnit klidovou hmotnost na kinetickou energii a naopak

2mcE

21042023 16Gymnaacutezium Jan Keplera

Přeměna i jen maleacute čaacutesti klidoveacute hmotnosti jader na kinetickou energii tak otevřela možnost ziacuteskat obrovskeacute množstviacute energie

F Aston v roce 1920 zjistil že čtyři jaacutedra vodiacuteku jsou dohromady asi o 07 těžšiacute než jaacutedro heacutelia Kliacuteč k pochopeniacute mechanismu produkce energie ve Slunci byl na světě

Anglickyacute astronom Arthur Eddington teacutehož roku ukaacutezal žepřeměna vodiacuteku na heacutelium může poskytnout dostatek energie na to aby Slunce sviacutetilo asi 100 miliard let

4 protony rarr Helium + 2 pozitrony (+ 2 elektronovaacute neutrina)

Zjednodušenaacute zaacutekladniacute reakce

21042023 17Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 18Gymnaacutezium Jan Keplera

Skutečnost že v β-rozpadu neutronu neutronrarrproton+elektron

vznikaacute kromě elektronu ještě dalšiacute čaacutestice netušil tehdy nikdo a trvalo 17 let než to začalo byacutet fyzikům podezřeleacute

1914 J Chadwick ukaacutezal že spektrum energiiacute elektronů v β-rozpadu je spojiteacute Tento fakt podle Bohra znamenal že

v mikrosvětě se energie v jednotlivyacutech přiacutepadech nezachovaacutevaacute

Toto bdquořešeniacuteldquo odmiacutetal Pauli a pro vysvětleniacute spojiteacuteho spektra postuloval existenci noveacute čaacutestice kterou nazval bdquoneutronldquo Trvalo čtvrt stoletiacute než byla Pauliho hypoteacuteza neutrina v roce 1955 potvrzena experimenty Reinese a Cowana Ti prokaacutezali existenci elektronovyacutech antineutrin z jadernyacutech reaktorech tiacutem že pozorovali důsledky jejich sraacutežek s protony v procesu

e p e n 21042023 19Gymnaacutezium Jan Keplera

Produkce energie ve hvězdaacutech

Na jaře roku 1938 se rozpracovaacuteniacutem Eddingtonovy myšlenky začal zabyacutevat německyacute teoretik Hans Bethe Bylo mu sice jen 32 let ale byl na tento uacutekol ze všech tehdejšiacutech fyziků nejleacutepe připraven A již na podzim 1938 dokončil svoji zaacutekladniacute praacuteci

Kromě skutečnosti že v praacuteci popsanyacutech procesech chybiacute neutrino vystihl Bethe podstatu procesů dokonale 21042023 20Gymnaacutezium Jan Keplera

Trpělivost růže přinaacutešiacuteV polovině 50 let přišel mladyacute americkyacute chemik Raymond Davis s myšlenkou změřit tok slunečniacutech neutrin metodou navrženou Brunem Pontecorvo Ta byla založena na reakci

Technickeacute realizaci teacuteto metody Ray zasvětil Davis celyacute život Jeho prvniacute aparatura byla umiacutestěna v opuštěneacutem dole na vaacutepe-nec a jejiacutem srdcem byla naacutedrž na 4000 litrů perchloretylenu Počaacutetkem 60 let Davis ziacuteskal prostředky na stavbu stokraacutet většiacuteho zařiacutezeniacute jež bylo uvedeno do provozu v roce 1964 asi 1800 metrů pod zemiacute v dole na zlato v Homestake

37 37e Cl Ar e

37Cl e

21042023 21Gymnaacutezium Jan Keplera

Snad trocha (velkyacutech a přibližnyacutech) čiacutesel nikoho nezabije Viacuteme že ze Slunce přichaacuteziacute na čtverečniacute centimetr za vteřinu

60 miliard neutrin (62x106)Davisův detektor měl objem

400 krychlovyacutech metrů dopadlo do něj za vteřinu

30 milionů miliard neutrin (30x1015)tj za rok (31 milionů vteřin) celkem

milion miliard miliard neutrin (1024)z nichž v Davisově detektoru interagovalo s neutrony

jen 100 v přiacutepadě člověka (100 kg) to odpoviacutedaacute

1 interagujiacuteciacutemu neutrinu za 40 let

21042023 22Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 23Gymnaacutezium Jan Keplera

Davisův uacutekol byl ovšem daleko složitějšiacute než přiacuteslovečneacute hledaacuteniacute jehly v kupce sena Počet přiacutepadů čiacutetal typicky dva za tyacuteden a protože poločas rozpadu argonu je 35 dniacute bylo z detektoru speciaacutelniacute chemickou procedurou odvaacuteděno každeacute dva měsiacutece 10-20 atomů argonu přitom v 400 tunaacutech perchloretylenu je asi 40 tisiacutec miliard miliard miliard (40x1030) molekul

Hodně velkaacute kupka sena

Za 30 let zaznamenal Davis asi 2200 přiacutepadů produkce argonu Tento počet odpoviacutedal toku slunečniacutech neutrin 256plusmn03 solaacuterniacutech jednotek (SNU) Předpověď standardniacuteho modelu Slunce byla třikraacutet většiacute 76plusmn13 SNU 21042023 24Gymnaacutezium Jan Keplera

Vyřešeniacute probleacutemu solaacuterniacutech neutrin

Fyzikaacutelniacute neutrina daneacute bdquovůněldquo tj νe νμντ

jsou směsi stavů ν1 ν2ν3 s nenulovyacutemi hmotnostmi

chovajiacute se podobně jako chameleoni neboť

během pohybu měniacute svou bdquovůnildquo

Tomuto ryze kvantoveacutemu efektu se řiacutekaacute bdquooscilace neutrinldquo

Pokud se elektronoveacute neutrino během letu z nitra Slunce změniacute na mionoveacute či tauonoveacute neurino detektory Davise a Koshiby ho nemohli zachytit 21042023 25Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho elektronoveacuteho neutrina

Oscilace zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti kde ji měřiacuteme a energii neutrina21042023 26Gymnaacutezium Jan Keplera

Postavena za uacutečelem detekce oscilace

Neutrina v Opeře

21042023 27Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho mionoveacuteho neutrina

21042023 28Gymnaacutezium Jan Keplera

Neu2012 27-28 Sept 2010 CERNEdda Gschwendtner CERN 29

CERN PS

SPS

LHC

CNGS

Lake Geneva

CERN Accelerator Complex

21042023 29Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 30Gymnaacutezium Jan Keplera

producemuon-neutrinos

measuretau-neutrinos

CERN

Gra

n Sa

sso

732km

~41019 pyear ~21019 year ~2 year (~11017 year)

Bilance experimentu od počaacutetku roku 2009 bylo

ze 100 miliard miliard protonů (1020) v CERN vyrobeno

50 miliard miliard mionovyacutech neutrin (5x1019) z nichž jich do detektoru OPERA dopadla

setina (5x1017) v něm interagovalo cca deset tisiacutec z nich bylo jedineacute hledaneacute tauonoveacute neutrino

Praacutevě ty bdquoneužitečneacuteldquo přiacutepady interakce neoscilujiacuteciacuteho mionoveacuteho neutrina byly použity pro měřeniacute jeho rychlosti21042023 31Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 5

Zaacutekladniacute dnešniacute znalosti zaacutekonů mikrosvěta jsou shrnuty ve

standardniacutem modeluPodle něj jsou zaacutekladniacutemi stavebniacutemi kameny hmoty

tři generace zaacutekladniacutech fermionů

tj čaacutestic se spinem 12 jež se daacutele děliacute na

kvarky a leptony

Ke každeacute z těchto čaacutestic existuje i odpoviacutedajiacuteciacute antičaacutestice

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 6

Z barevnyacutech kvarků jsou složeny dobře znaacutemeacute čaacutestice jako jsou napřiacuteklad proton a neutron

U Ud

proton= neutron=d u

d

kvarky v přiacuterodě neexistujiacute jako volneacute čaacutestice

ale vždy jen uvnitř čaacutestic jako jsou protony a neutrony

Experimentaacutelniacute data lze pochopit jen za předpoklaacutedu žehadrony jsou bezbarveacute kombinace kvarků

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 7

Tři z nich majiacute společnou charakteristiku lze je popsat pomociacute bdquovyacuteměnyldquo čaacutestic se spinem 1

gravitačniacute elektromagnetickeacute slabeacutesilneacute

Siacutely mezi kvarky a leptony

Zaacutekladniacute poselstviacute fyziky 20 stoletiacute

Vesmiacuter tak jak ho znaacuteme by nevznikl ani nemohl existovat pokud by v něm platily zaacutekony klasickeacute fyziky ale je založen na dvou piliacuteřiacutech formulovanyacutechpočaacutetkem 20 stoletiacute

Teorii relativity a kvantoveacute teorii21042023 8Gymnaacutezium Jan Keplera

O neutrinech

21042023 9Gymnaacutezium Jan Keplera

Neutrina viacutetaniacute posloveacute ze SlunceV březnu roku 2005 zemřel ve věku 99 let

Hans Bethe laureaacutet Nobelovy ceny za fyziku v roce 1967

Při jejiacutem uděleniacute staacutel vyacutebor Nobelovy nadace před probleacutemem kteryacute z mnoha zaacutesadniacutech přiacutespěvků Betheho k jaderneacute fyzice vybrat Nakonec se rozhodl pro oceněniacute

Betheho praacutece na objasněniacute mechanismu jakyacutem sviacutetiacute hvězdy

Bylo to spraacutevneacute rozhodnutiacute ale v roce 1967 trochu riskantniacute Nikdo si nedovedl představit jinyacute zdroj energie hvězd než fůzi vodiacuteku na heacutelium ale přiacutemeacute důkazy pro to chyběly Dokonce se zdaacutelo že standardniacute model Slunce maacute vaacutežnyacute probleacutem21042023 10Gymnaacutezium Jan Keplera

V polovině 60 let 19 totiž začal v opuštěneacutem dole na zlato Homestake v Jižniacute Dakotě pro-vaacutedět experimenty americkyacute fyzik a chemik

Raymond Davis

Jeho ciacutelem bylo dokaacutezat že ze Slunce k naacutem přileacutetajiacute neutrina a změřit jejich tok Od počaacutetku jeho vyacutesledy naznačovaly že

neutrin ze Slunce k naacutem přileacutetaacute meacuteně

než kolik předpoviacutedaly teoretickeacute vyacutepočty Svůj

Ray Davis

experiment vylepšoval 25 let a staacutele dostaacuteval stejnyacute vyacutesledek

Většina fyziků však měla o spraacutevnosti jeho dat a spolehlivosti teoretickyacutech vyacutepočtů pochybnosti Na rozhodujiacuteciacute důkaz bylo proto třeba počkat až na konec 90 let A Masatoshi Koshibu

jeho detektor zaznamenaacuteval jen asi třetinu teoreticky předpo-věděneacuteho počtu neutrin

21042023 11Gymnaacutezium Jan Keplera

Toho sice nezajiacutemali neutri-na ze Slunce ale počaacutetkem 80 let minuleacuteho stoletiacute se rozhodl prověřit odvaacutežnou předpověď určiteacute třiacutedy teoriiacute ktereacute se snažiacute sjednotit růz-typy sil že

proton neniacute stabilniacute

Masatoshi Koshiba

K tomu postavil detektor v dole na zinek u japonskeacuteho města Kamioka a od roku 1982 čekaacute až se v něm nějakyacute proton rozpad-ne Zatiacutem se nedočkal ale jeho snaha nebyla marnaacute neboť

jeho detektor zachytil a přesně proměřil tok slunečniacutech neutrin

Jeho měřeniacute potvrdila Davisovy vyacutesledky ale kromě toho takeacute

prokaacutezala existenci pozoruhodneacuteho jevu oscilace neutrin

jenž hraje pro pochopeniacute deficitu slunečniacutech neutrin kliacutečovou roli

jeho detektor zachytil a přesně proměřil tok slunečniacutech neutrin

prokaacutezala existenci pozoruhodneacuteho jevu oscilace neutrin

21042023 12Gymnaacutezium Jan Keplera

1321042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

14

sources of rsquo s

Nuclear Reactors few MeV

Human Body = 340 x 106 day

Earthrsquos Radioactivity 6 x 106 cm2s

The Sun6 x 1010 cm2s

The Big Bang = 330 cm3

SN198720 rsquos

Atmospheric rsquos1 cm2s

- -

_Accelerators

E 03 ndash 30 GeV

zdroje neutrin

Slunce

velkyacute třesk

lidskeacute těloatmosferickaacute neutrina

jaderneacute reaktory

pozemskaacute radioaktivita

urychlovače

SN198720 rsquos

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

Jak dlouho sviacutetiacute Slunce a kde k tomu bere energiiOtaacutezky z čeho ziacuteskaacutevajiacute hvězdy energii pro zaacuteřeniacute a jak dlouho Slunce sviacutetiacute si lideacute začali klaacutest zhruba v polovině 19 stoletiacute a to v souvislosti z objevem zaacutekona zachovaacuteniacute energie

Helmholtz hvězdy ziacuteskaacutevajiacute energii

přeměnou gravitačniacute energie na teplo

Darwin na zaacutekladě uacutevah o rychlosti eroze jednoho uacutedoliacute v Jižniacute Anglii odhadl staacuteřiacute Slunce na zhruba 300 milioacutenů let To byla doba dostatečně dlouhaacute pro vyacutevoj druhů přirozenou selekciacute jak ho Darwin formuloval ve sveacute klasickeacute praacuteci O původu druhů

Kelvin došel na zaacutekladě uacutevah o gravitačniacute kontrakci Slunce k čiacuteslu asi desetkraacutet menšiacutemu čiacutemž a vzbudil v Darwinovi pochybnosti o spraacutevnosti jeho hypoteacutezy přirozeneacute selekce druhů Jak dnes viacuteme pravdu měl Darwin ne Kelvin

21042023 15Gymnaacutezium Jan Keplera

1896 H Becquerel objevil spontaacutenniacute radioaktivitu uranu Od počaacutetku bylo jasneacute že zaacuteřeniacute je tvořeno elektricky nabityacutemi čaacutesticemi a že maacute dvě složky α a β

1903 Pierre Curie raacutedium nepřetržitě vyzařuje teplo a přitom se neochlazuje Kraacutetce se zdaacutelo že přirozenaacute radioaktivita by mohla byacutet zdrojem energie pro Slunce ale astronomoveacute brzy ukaacutezali že Slunce je tvořeno převaacutežně plynnyacutem vodiacutekem a radioaktivniacuteho materiaacutelu je tam velmi maacutelo 1905 Rozhodujiacuteciacute okamžik ve vyacutevoji představ jak Slunce sviacutetiacute přinesla Einsteinova teorie relativity Proslulaacute formule

zobecňuje zaacutekon zachovaacuteniacute energie zahrnutiacutem možnosti přeměnit klidovou hmotnost na kinetickou energii a naopak

2mcE

21042023 16Gymnaacutezium Jan Keplera

Přeměna i jen maleacute čaacutesti klidoveacute hmotnosti jader na kinetickou energii tak otevřela možnost ziacuteskat obrovskeacute množstviacute energie

F Aston v roce 1920 zjistil že čtyři jaacutedra vodiacuteku jsou dohromady asi o 07 těžšiacute než jaacutedro heacutelia Kliacuteč k pochopeniacute mechanismu produkce energie ve Slunci byl na světě

Anglickyacute astronom Arthur Eddington teacutehož roku ukaacutezal žepřeměna vodiacuteku na heacutelium může poskytnout dostatek energie na to aby Slunce sviacutetilo asi 100 miliard let

4 protony rarr Helium + 2 pozitrony (+ 2 elektronovaacute neutrina)

Zjednodušenaacute zaacutekladniacute reakce

21042023 17Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 18Gymnaacutezium Jan Keplera

Skutečnost že v β-rozpadu neutronu neutronrarrproton+elektron

vznikaacute kromě elektronu ještě dalšiacute čaacutestice netušil tehdy nikdo a trvalo 17 let než to začalo byacutet fyzikům podezřeleacute

1914 J Chadwick ukaacutezal že spektrum energiiacute elektronů v β-rozpadu je spojiteacute Tento fakt podle Bohra znamenal že

v mikrosvětě se energie v jednotlivyacutech přiacutepadech nezachovaacutevaacute

Toto bdquořešeniacuteldquo odmiacutetal Pauli a pro vysvětleniacute spojiteacuteho spektra postuloval existenci noveacute čaacutestice kterou nazval bdquoneutronldquo Trvalo čtvrt stoletiacute než byla Pauliho hypoteacuteza neutrina v roce 1955 potvrzena experimenty Reinese a Cowana Ti prokaacutezali existenci elektronovyacutech antineutrin z jadernyacutech reaktorech tiacutem že pozorovali důsledky jejich sraacutežek s protony v procesu

e p e n 21042023 19Gymnaacutezium Jan Keplera

Produkce energie ve hvězdaacutech

Na jaře roku 1938 se rozpracovaacuteniacutem Eddingtonovy myšlenky začal zabyacutevat německyacute teoretik Hans Bethe Bylo mu sice jen 32 let ale byl na tento uacutekol ze všech tehdejšiacutech fyziků nejleacutepe připraven A již na podzim 1938 dokončil svoji zaacutekladniacute praacuteci

Kromě skutečnosti že v praacuteci popsanyacutech procesech chybiacute neutrino vystihl Bethe podstatu procesů dokonale 21042023 20Gymnaacutezium Jan Keplera

Trpělivost růže přinaacutešiacuteV polovině 50 let přišel mladyacute americkyacute chemik Raymond Davis s myšlenkou změřit tok slunečniacutech neutrin metodou navrženou Brunem Pontecorvo Ta byla založena na reakci

Technickeacute realizaci teacuteto metody Ray zasvětil Davis celyacute život Jeho prvniacute aparatura byla umiacutestěna v opuštěneacutem dole na vaacutepe-nec a jejiacutem srdcem byla naacutedrž na 4000 litrů perchloretylenu Počaacutetkem 60 let Davis ziacuteskal prostředky na stavbu stokraacutet většiacuteho zařiacutezeniacute jež bylo uvedeno do provozu v roce 1964 asi 1800 metrů pod zemiacute v dole na zlato v Homestake

37 37e Cl Ar e

37Cl e

21042023 21Gymnaacutezium Jan Keplera

Snad trocha (velkyacutech a přibližnyacutech) čiacutesel nikoho nezabije Viacuteme že ze Slunce přichaacuteziacute na čtverečniacute centimetr za vteřinu

60 miliard neutrin (62x106)Davisův detektor měl objem

400 krychlovyacutech metrů dopadlo do něj za vteřinu

30 milionů miliard neutrin (30x1015)tj za rok (31 milionů vteřin) celkem

milion miliard miliard neutrin (1024)z nichž v Davisově detektoru interagovalo s neutrony

jen 100 v přiacutepadě člověka (100 kg) to odpoviacutedaacute

1 interagujiacuteciacutemu neutrinu za 40 let

21042023 22Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 23Gymnaacutezium Jan Keplera

Davisův uacutekol byl ovšem daleko složitějšiacute než přiacuteslovečneacute hledaacuteniacute jehly v kupce sena Počet přiacutepadů čiacutetal typicky dva za tyacuteden a protože poločas rozpadu argonu je 35 dniacute bylo z detektoru speciaacutelniacute chemickou procedurou odvaacuteděno každeacute dva měsiacutece 10-20 atomů argonu přitom v 400 tunaacutech perchloretylenu je asi 40 tisiacutec miliard miliard miliard (40x1030) molekul

Hodně velkaacute kupka sena

Za 30 let zaznamenal Davis asi 2200 přiacutepadů produkce argonu Tento počet odpoviacutedal toku slunečniacutech neutrin 256plusmn03 solaacuterniacutech jednotek (SNU) Předpověď standardniacuteho modelu Slunce byla třikraacutet většiacute 76plusmn13 SNU 21042023 24Gymnaacutezium Jan Keplera

Vyřešeniacute probleacutemu solaacuterniacutech neutrin

Fyzikaacutelniacute neutrina daneacute bdquovůněldquo tj νe νμντ

jsou směsi stavů ν1 ν2ν3 s nenulovyacutemi hmotnostmi

chovajiacute se podobně jako chameleoni neboť

během pohybu měniacute svou bdquovůnildquo

Tomuto ryze kvantoveacutemu efektu se řiacutekaacute bdquooscilace neutrinldquo

Pokud se elektronoveacute neutrino během letu z nitra Slunce změniacute na mionoveacute či tauonoveacute neurino detektory Davise a Koshiby ho nemohli zachytit 21042023 25Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho elektronoveacuteho neutrina

Oscilace zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti kde ji měřiacuteme a energii neutrina21042023 26Gymnaacutezium Jan Keplera

Postavena za uacutečelem detekce oscilace

Neutrina v Opeře

21042023 27Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho mionoveacuteho neutrina

21042023 28Gymnaacutezium Jan Keplera

Neu2012 27-28 Sept 2010 CERNEdda Gschwendtner CERN 29

CERN PS

SPS

LHC

CNGS

Lake Geneva

CERN Accelerator Complex

21042023 29Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 30Gymnaacutezium Jan Keplera

producemuon-neutrinos

measuretau-neutrinos

CERN

Gra

n Sa

sso

732km

~41019 pyear ~21019 year ~2 year (~11017 year)

Bilance experimentu od počaacutetku roku 2009 bylo

ze 100 miliard miliard protonů (1020) v CERN vyrobeno

50 miliard miliard mionovyacutech neutrin (5x1019) z nichž jich do detektoru OPERA dopadla

setina (5x1017) v něm interagovalo cca deset tisiacutec z nich bylo jedineacute hledaneacute tauonoveacute neutrino

Praacutevě ty bdquoneužitečneacuteldquo přiacutepady interakce neoscilujiacuteciacuteho mionoveacuteho neutrina byly použity pro měřeniacute jeho rychlosti21042023 31Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 6

Z barevnyacutech kvarků jsou složeny dobře znaacutemeacute čaacutestice jako jsou napřiacuteklad proton a neutron

U Ud

proton= neutron=d u

d

kvarky v přiacuterodě neexistujiacute jako volneacute čaacutestice

ale vždy jen uvnitř čaacutestic jako jsou protony a neutrony

Experimentaacutelniacute data lze pochopit jen za předpoklaacutedu žehadrony jsou bezbarveacute kombinace kvarků

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 7

Tři z nich majiacute společnou charakteristiku lze je popsat pomociacute bdquovyacuteměnyldquo čaacutestic se spinem 1

gravitačniacute elektromagnetickeacute slabeacutesilneacute

Siacutely mezi kvarky a leptony

Zaacutekladniacute poselstviacute fyziky 20 stoletiacute

Vesmiacuter tak jak ho znaacuteme by nevznikl ani nemohl existovat pokud by v něm platily zaacutekony klasickeacute fyziky ale je založen na dvou piliacuteřiacutech formulovanyacutechpočaacutetkem 20 stoletiacute

Teorii relativity a kvantoveacute teorii21042023 8Gymnaacutezium Jan Keplera

O neutrinech

21042023 9Gymnaacutezium Jan Keplera

Neutrina viacutetaniacute posloveacute ze SlunceV březnu roku 2005 zemřel ve věku 99 let

Hans Bethe laureaacutet Nobelovy ceny za fyziku v roce 1967

Při jejiacutem uděleniacute staacutel vyacutebor Nobelovy nadace před probleacutemem kteryacute z mnoha zaacutesadniacutech přiacutespěvků Betheho k jaderneacute fyzice vybrat Nakonec se rozhodl pro oceněniacute

Betheho praacutece na objasněniacute mechanismu jakyacutem sviacutetiacute hvězdy

Bylo to spraacutevneacute rozhodnutiacute ale v roce 1967 trochu riskantniacute Nikdo si nedovedl představit jinyacute zdroj energie hvězd než fůzi vodiacuteku na heacutelium ale přiacutemeacute důkazy pro to chyběly Dokonce se zdaacutelo že standardniacute model Slunce maacute vaacutežnyacute probleacutem21042023 10Gymnaacutezium Jan Keplera

V polovině 60 let 19 totiž začal v opuštěneacutem dole na zlato Homestake v Jižniacute Dakotě pro-vaacutedět experimenty americkyacute fyzik a chemik

Raymond Davis

Jeho ciacutelem bylo dokaacutezat že ze Slunce k naacutem přileacutetajiacute neutrina a změřit jejich tok Od počaacutetku jeho vyacutesledy naznačovaly že

neutrin ze Slunce k naacutem přileacutetaacute meacuteně

než kolik předpoviacutedaly teoretickeacute vyacutepočty Svůj

Ray Davis

experiment vylepšoval 25 let a staacutele dostaacuteval stejnyacute vyacutesledek

Většina fyziků však měla o spraacutevnosti jeho dat a spolehlivosti teoretickyacutech vyacutepočtů pochybnosti Na rozhodujiacuteciacute důkaz bylo proto třeba počkat až na konec 90 let A Masatoshi Koshibu

jeho detektor zaznamenaacuteval jen asi třetinu teoreticky předpo-věděneacuteho počtu neutrin

21042023 11Gymnaacutezium Jan Keplera

Toho sice nezajiacutemali neutri-na ze Slunce ale počaacutetkem 80 let minuleacuteho stoletiacute se rozhodl prověřit odvaacutežnou předpověď určiteacute třiacutedy teoriiacute ktereacute se snažiacute sjednotit růz-typy sil že

proton neniacute stabilniacute

Masatoshi Koshiba

K tomu postavil detektor v dole na zinek u japonskeacuteho města Kamioka a od roku 1982 čekaacute až se v něm nějakyacute proton rozpad-ne Zatiacutem se nedočkal ale jeho snaha nebyla marnaacute neboť

jeho detektor zachytil a přesně proměřil tok slunečniacutech neutrin

Jeho měřeniacute potvrdila Davisovy vyacutesledky ale kromě toho takeacute

prokaacutezala existenci pozoruhodneacuteho jevu oscilace neutrin

jenž hraje pro pochopeniacute deficitu slunečniacutech neutrin kliacutečovou roli

jeho detektor zachytil a přesně proměřil tok slunečniacutech neutrin

prokaacutezala existenci pozoruhodneacuteho jevu oscilace neutrin

21042023 12Gymnaacutezium Jan Keplera

1321042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

14

sources of rsquo s

Nuclear Reactors few MeV

Human Body = 340 x 106 day

Earthrsquos Radioactivity 6 x 106 cm2s

The Sun6 x 1010 cm2s

The Big Bang = 330 cm3

SN198720 rsquos

Atmospheric rsquos1 cm2s

- -

_Accelerators

E 03 ndash 30 GeV

zdroje neutrin

Slunce

velkyacute třesk

lidskeacute těloatmosferickaacute neutrina

jaderneacute reaktory

pozemskaacute radioaktivita

urychlovače

SN198720 rsquos

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

Jak dlouho sviacutetiacute Slunce a kde k tomu bere energiiOtaacutezky z čeho ziacuteskaacutevajiacute hvězdy energii pro zaacuteřeniacute a jak dlouho Slunce sviacutetiacute si lideacute začali klaacutest zhruba v polovině 19 stoletiacute a to v souvislosti z objevem zaacutekona zachovaacuteniacute energie

Helmholtz hvězdy ziacuteskaacutevajiacute energii

přeměnou gravitačniacute energie na teplo

Darwin na zaacutekladě uacutevah o rychlosti eroze jednoho uacutedoliacute v Jižniacute Anglii odhadl staacuteřiacute Slunce na zhruba 300 milioacutenů let To byla doba dostatečně dlouhaacute pro vyacutevoj druhů přirozenou selekciacute jak ho Darwin formuloval ve sveacute klasickeacute praacuteci O původu druhů

Kelvin došel na zaacutekladě uacutevah o gravitačniacute kontrakci Slunce k čiacuteslu asi desetkraacutet menšiacutemu čiacutemž a vzbudil v Darwinovi pochybnosti o spraacutevnosti jeho hypoteacutezy přirozeneacute selekce druhů Jak dnes viacuteme pravdu měl Darwin ne Kelvin

21042023 15Gymnaacutezium Jan Keplera

1896 H Becquerel objevil spontaacutenniacute radioaktivitu uranu Od počaacutetku bylo jasneacute že zaacuteřeniacute je tvořeno elektricky nabityacutemi čaacutesticemi a že maacute dvě složky α a β

1903 Pierre Curie raacutedium nepřetržitě vyzařuje teplo a přitom se neochlazuje Kraacutetce se zdaacutelo že přirozenaacute radioaktivita by mohla byacutet zdrojem energie pro Slunce ale astronomoveacute brzy ukaacutezali že Slunce je tvořeno převaacutežně plynnyacutem vodiacutekem a radioaktivniacuteho materiaacutelu je tam velmi maacutelo 1905 Rozhodujiacuteciacute okamžik ve vyacutevoji představ jak Slunce sviacutetiacute přinesla Einsteinova teorie relativity Proslulaacute formule

zobecňuje zaacutekon zachovaacuteniacute energie zahrnutiacutem možnosti přeměnit klidovou hmotnost na kinetickou energii a naopak

2mcE

21042023 16Gymnaacutezium Jan Keplera

Přeměna i jen maleacute čaacutesti klidoveacute hmotnosti jader na kinetickou energii tak otevřela možnost ziacuteskat obrovskeacute množstviacute energie

F Aston v roce 1920 zjistil že čtyři jaacutedra vodiacuteku jsou dohromady asi o 07 těžšiacute než jaacutedro heacutelia Kliacuteč k pochopeniacute mechanismu produkce energie ve Slunci byl na světě

Anglickyacute astronom Arthur Eddington teacutehož roku ukaacutezal žepřeměna vodiacuteku na heacutelium může poskytnout dostatek energie na to aby Slunce sviacutetilo asi 100 miliard let

4 protony rarr Helium + 2 pozitrony (+ 2 elektronovaacute neutrina)

Zjednodušenaacute zaacutekladniacute reakce

21042023 17Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 18Gymnaacutezium Jan Keplera

Skutečnost že v β-rozpadu neutronu neutronrarrproton+elektron

vznikaacute kromě elektronu ještě dalšiacute čaacutestice netušil tehdy nikdo a trvalo 17 let než to začalo byacutet fyzikům podezřeleacute

1914 J Chadwick ukaacutezal že spektrum energiiacute elektronů v β-rozpadu je spojiteacute Tento fakt podle Bohra znamenal že

v mikrosvětě se energie v jednotlivyacutech přiacutepadech nezachovaacutevaacute

Toto bdquořešeniacuteldquo odmiacutetal Pauli a pro vysvětleniacute spojiteacuteho spektra postuloval existenci noveacute čaacutestice kterou nazval bdquoneutronldquo Trvalo čtvrt stoletiacute než byla Pauliho hypoteacuteza neutrina v roce 1955 potvrzena experimenty Reinese a Cowana Ti prokaacutezali existenci elektronovyacutech antineutrin z jadernyacutech reaktorech tiacutem že pozorovali důsledky jejich sraacutežek s protony v procesu

e p e n 21042023 19Gymnaacutezium Jan Keplera

Produkce energie ve hvězdaacutech

Na jaře roku 1938 se rozpracovaacuteniacutem Eddingtonovy myšlenky začal zabyacutevat německyacute teoretik Hans Bethe Bylo mu sice jen 32 let ale byl na tento uacutekol ze všech tehdejšiacutech fyziků nejleacutepe připraven A již na podzim 1938 dokončil svoji zaacutekladniacute praacuteci

Kromě skutečnosti že v praacuteci popsanyacutech procesech chybiacute neutrino vystihl Bethe podstatu procesů dokonale 21042023 20Gymnaacutezium Jan Keplera

Trpělivost růže přinaacutešiacuteV polovině 50 let přišel mladyacute americkyacute chemik Raymond Davis s myšlenkou změřit tok slunečniacutech neutrin metodou navrženou Brunem Pontecorvo Ta byla založena na reakci

Technickeacute realizaci teacuteto metody Ray zasvětil Davis celyacute život Jeho prvniacute aparatura byla umiacutestěna v opuštěneacutem dole na vaacutepe-nec a jejiacutem srdcem byla naacutedrž na 4000 litrů perchloretylenu Počaacutetkem 60 let Davis ziacuteskal prostředky na stavbu stokraacutet většiacuteho zařiacutezeniacute jež bylo uvedeno do provozu v roce 1964 asi 1800 metrů pod zemiacute v dole na zlato v Homestake

37 37e Cl Ar e

37Cl e

21042023 21Gymnaacutezium Jan Keplera

Snad trocha (velkyacutech a přibližnyacutech) čiacutesel nikoho nezabije Viacuteme že ze Slunce přichaacuteziacute na čtverečniacute centimetr za vteřinu

60 miliard neutrin (62x106)Davisův detektor měl objem

400 krychlovyacutech metrů dopadlo do něj za vteřinu

30 milionů miliard neutrin (30x1015)tj za rok (31 milionů vteřin) celkem

milion miliard miliard neutrin (1024)z nichž v Davisově detektoru interagovalo s neutrony

jen 100 v přiacutepadě člověka (100 kg) to odpoviacutedaacute

1 interagujiacuteciacutemu neutrinu za 40 let

21042023 22Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 23Gymnaacutezium Jan Keplera

Davisův uacutekol byl ovšem daleko složitějšiacute než přiacuteslovečneacute hledaacuteniacute jehly v kupce sena Počet přiacutepadů čiacutetal typicky dva za tyacuteden a protože poločas rozpadu argonu je 35 dniacute bylo z detektoru speciaacutelniacute chemickou procedurou odvaacuteděno každeacute dva měsiacutece 10-20 atomů argonu přitom v 400 tunaacutech perchloretylenu je asi 40 tisiacutec miliard miliard miliard (40x1030) molekul

Hodně velkaacute kupka sena

Za 30 let zaznamenal Davis asi 2200 přiacutepadů produkce argonu Tento počet odpoviacutedal toku slunečniacutech neutrin 256plusmn03 solaacuterniacutech jednotek (SNU) Předpověď standardniacuteho modelu Slunce byla třikraacutet většiacute 76plusmn13 SNU 21042023 24Gymnaacutezium Jan Keplera

Vyřešeniacute probleacutemu solaacuterniacutech neutrin

Fyzikaacutelniacute neutrina daneacute bdquovůněldquo tj νe νμντ

jsou směsi stavů ν1 ν2ν3 s nenulovyacutemi hmotnostmi

chovajiacute se podobně jako chameleoni neboť

během pohybu měniacute svou bdquovůnildquo

Tomuto ryze kvantoveacutemu efektu se řiacutekaacute bdquooscilace neutrinldquo

Pokud se elektronoveacute neutrino během letu z nitra Slunce změniacute na mionoveacute či tauonoveacute neurino detektory Davise a Koshiby ho nemohli zachytit 21042023 25Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho elektronoveacuteho neutrina

Oscilace zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti kde ji měřiacuteme a energii neutrina21042023 26Gymnaacutezium Jan Keplera

Postavena za uacutečelem detekce oscilace

Neutrina v Opeře

21042023 27Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho mionoveacuteho neutrina

21042023 28Gymnaacutezium Jan Keplera

Neu2012 27-28 Sept 2010 CERNEdda Gschwendtner CERN 29

CERN PS

SPS

LHC

CNGS

Lake Geneva

CERN Accelerator Complex

21042023 29Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 30Gymnaacutezium Jan Keplera

producemuon-neutrinos

measuretau-neutrinos

CERN

Gra

n Sa

sso

732km

~41019 pyear ~21019 year ~2 year (~11017 year)

Bilance experimentu od počaacutetku roku 2009 bylo

ze 100 miliard miliard protonů (1020) v CERN vyrobeno

50 miliard miliard mionovyacutech neutrin (5x1019) z nichž jich do detektoru OPERA dopadla

setina (5x1017) v něm interagovalo cca deset tisiacutec z nich bylo jedineacute hledaneacute tauonoveacute neutrino

Praacutevě ty bdquoneužitečneacuteldquo přiacutepady interakce neoscilujiacuteciacuteho mionoveacuteho neutrina byly použity pro měřeniacute jeho rychlosti21042023 31Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 7

Tři z nich majiacute společnou charakteristiku lze je popsat pomociacute bdquovyacuteměnyldquo čaacutestic se spinem 1

gravitačniacute elektromagnetickeacute slabeacutesilneacute

Siacutely mezi kvarky a leptony

Zaacutekladniacute poselstviacute fyziky 20 stoletiacute

Vesmiacuter tak jak ho znaacuteme by nevznikl ani nemohl existovat pokud by v něm platily zaacutekony klasickeacute fyziky ale je založen na dvou piliacuteřiacutech formulovanyacutechpočaacutetkem 20 stoletiacute

Teorii relativity a kvantoveacute teorii21042023 8Gymnaacutezium Jan Keplera

O neutrinech

21042023 9Gymnaacutezium Jan Keplera

Neutrina viacutetaniacute posloveacute ze SlunceV březnu roku 2005 zemřel ve věku 99 let

Hans Bethe laureaacutet Nobelovy ceny za fyziku v roce 1967

Při jejiacutem uděleniacute staacutel vyacutebor Nobelovy nadace před probleacutemem kteryacute z mnoha zaacutesadniacutech přiacutespěvků Betheho k jaderneacute fyzice vybrat Nakonec se rozhodl pro oceněniacute

Betheho praacutece na objasněniacute mechanismu jakyacutem sviacutetiacute hvězdy

Bylo to spraacutevneacute rozhodnutiacute ale v roce 1967 trochu riskantniacute Nikdo si nedovedl představit jinyacute zdroj energie hvězd než fůzi vodiacuteku na heacutelium ale přiacutemeacute důkazy pro to chyběly Dokonce se zdaacutelo že standardniacute model Slunce maacute vaacutežnyacute probleacutem21042023 10Gymnaacutezium Jan Keplera

V polovině 60 let 19 totiž začal v opuštěneacutem dole na zlato Homestake v Jižniacute Dakotě pro-vaacutedět experimenty americkyacute fyzik a chemik

Raymond Davis

Jeho ciacutelem bylo dokaacutezat že ze Slunce k naacutem přileacutetajiacute neutrina a změřit jejich tok Od počaacutetku jeho vyacutesledy naznačovaly že

neutrin ze Slunce k naacutem přileacutetaacute meacuteně

než kolik předpoviacutedaly teoretickeacute vyacutepočty Svůj

Ray Davis

experiment vylepšoval 25 let a staacutele dostaacuteval stejnyacute vyacutesledek

Většina fyziků však měla o spraacutevnosti jeho dat a spolehlivosti teoretickyacutech vyacutepočtů pochybnosti Na rozhodujiacuteciacute důkaz bylo proto třeba počkat až na konec 90 let A Masatoshi Koshibu

jeho detektor zaznamenaacuteval jen asi třetinu teoreticky předpo-věděneacuteho počtu neutrin

21042023 11Gymnaacutezium Jan Keplera

Toho sice nezajiacutemali neutri-na ze Slunce ale počaacutetkem 80 let minuleacuteho stoletiacute se rozhodl prověřit odvaacutežnou předpověď určiteacute třiacutedy teoriiacute ktereacute se snažiacute sjednotit růz-typy sil že

proton neniacute stabilniacute

Masatoshi Koshiba

K tomu postavil detektor v dole na zinek u japonskeacuteho města Kamioka a od roku 1982 čekaacute až se v něm nějakyacute proton rozpad-ne Zatiacutem se nedočkal ale jeho snaha nebyla marnaacute neboť

jeho detektor zachytil a přesně proměřil tok slunečniacutech neutrin

Jeho měřeniacute potvrdila Davisovy vyacutesledky ale kromě toho takeacute

prokaacutezala existenci pozoruhodneacuteho jevu oscilace neutrin

jenž hraje pro pochopeniacute deficitu slunečniacutech neutrin kliacutečovou roli

jeho detektor zachytil a přesně proměřil tok slunečniacutech neutrin

prokaacutezala existenci pozoruhodneacuteho jevu oscilace neutrin

21042023 12Gymnaacutezium Jan Keplera

1321042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

14

sources of rsquo s

Nuclear Reactors few MeV

Human Body = 340 x 106 day

Earthrsquos Radioactivity 6 x 106 cm2s

The Sun6 x 1010 cm2s

The Big Bang = 330 cm3

SN198720 rsquos

Atmospheric rsquos1 cm2s

- -

_Accelerators

E 03 ndash 30 GeV

zdroje neutrin

Slunce

velkyacute třesk

lidskeacute těloatmosferickaacute neutrina

jaderneacute reaktory

pozemskaacute radioaktivita

urychlovače

SN198720 rsquos

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

Jak dlouho sviacutetiacute Slunce a kde k tomu bere energiiOtaacutezky z čeho ziacuteskaacutevajiacute hvězdy energii pro zaacuteřeniacute a jak dlouho Slunce sviacutetiacute si lideacute začali klaacutest zhruba v polovině 19 stoletiacute a to v souvislosti z objevem zaacutekona zachovaacuteniacute energie

Helmholtz hvězdy ziacuteskaacutevajiacute energii

přeměnou gravitačniacute energie na teplo

Darwin na zaacutekladě uacutevah o rychlosti eroze jednoho uacutedoliacute v Jižniacute Anglii odhadl staacuteřiacute Slunce na zhruba 300 milioacutenů let To byla doba dostatečně dlouhaacute pro vyacutevoj druhů přirozenou selekciacute jak ho Darwin formuloval ve sveacute klasickeacute praacuteci O původu druhů

Kelvin došel na zaacutekladě uacutevah o gravitačniacute kontrakci Slunce k čiacuteslu asi desetkraacutet menšiacutemu čiacutemž a vzbudil v Darwinovi pochybnosti o spraacutevnosti jeho hypoteacutezy přirozeneacute selekce druhů Jak dnes viacuteme pravdu měl Darwin ne Kelvin

21042023 15Gymnaacutezium Jan Keplera

1896 H Becquerel objevil spontaacutenniacute radioaktivitu uranu Od počaacutetku bylo jasneacute že zaacuteřeniacute je tvořeno elektricky nabityacutemi čaacutesticemi a že maacute dvě složky α a β

1903 Pierre Curie raacutedium nepřetržitě vyzařuje teplo a přitom se neochlazuje Kraacutetce se zdaacutelo že přirozenaacute radioaktivita by mohla byacutet zdrojem energie pro Slunce ale astronomoveacute brzy ukaacutezali že Slunce je tvořeno převaacutežně plynnyacutem vodiacutekem a radioaktivniacuteho materiaacutelu je tam velmi maacutelo 1905 Rozhodujiacuteciacute okamžik ve vyacutevoji představ jak Slunce sviacutetiacute přinesla Einsteinova teorie relativity Proslulaacute formule

zobecňuje zaacutekon zachovaacuteniacute energie zahrnutiacutem možnosti přeměnit klidovou hmotnost na kinetickou energii a naopak

2mcE

21042023 16Gymnaacutezium Jan Keplera

Přeměna i jen maleacute čaacutesti klidoveacute hmotnosti jader na kinetickou energii tak otevřela možnost ziacuteskat obrovskeacute množstviacute energie

F Aston v roce 1920 zjistil že čtyři jaacutedra vodiacuteku jsou dohromady asi o 07 těžšiacute než jaacutedro heacutelia Kliacuteč k pochopeniacute mechanismu produkce energie ve Slunci byl na světě

Anglickyacute astronom Arthur Eddington teacutehož roku ukaacutezal žepřeměna vodiacuteku na heacutelium může poskytnout dostatek energie na to aby Slunce sviacutetilo asi 100 miliard let

4 protony rarr Helium + 2 pozitrony (+ 2 elektronovaacute neutrina)

Zjednodušenaacute zaacutekladniacute reakce

21042023 17Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 18Gymnaacutezium Jan Keplera

Skutečnost že v β-rozpadu neutronu neutronrarrproton+elektron

vznikaacute kromě elektronu ještě dalšiacute čaacutestice netušil tehdy nikdo a trvalo 17 let než to začalo byacutet fyzikům podezřeleacute

1914 J Chadwick ukaacutezal že spektrum energiiacute elektronů v β-rozpadu je spojiteacute Tento fakt podle Bohra znamenal že

v mikrosvětě se energie v jednotlivyacutech přiacutepadech nezachovaacutevaacute

Toto bdquořešeniacuteldquo odmiacutetal Pauli a pro vysvětleniacute spojiteacuteho spektra postuloval existenci noveacute čaacutestice kterou nazval bdquoneutronldquo Trvalo čtvrt stoletiacute než byla Pauliho hypoteacuteza neutrina v roce 1955 potvrzena experimenty Reinese a Cowana Ti prokaacutezali existenci elektronovyacutech antineutrin z jadernyacutech reaktorech tiacutem že pozorovali důsledky jejich sraacutežek s protony v procesu

e p e n 21042023 19Gymnaacutezium Jan Keplera

Produkce energie ve hvězdaacutech

Na jaře roku 1938 se rozpracovaacuteniacutem Eddingtonovy myšlenky začal zabyacutevat německyacute teoretik Hans Bethe Bylo mu sice jen 32 let ale byl na tento uacutekol ze všech tehdejšiacutech fyziků nejleacutepe připraven A již na podzim 1938 dokončil svoji zaacutekladniacute praacuteci

Kromě skutečnosti že v praacuteci popsanyacutech procesech chybiacute neutrino vystihl Bethe podstatu procesů dokonale 21042023 20Gymnaacutezium Jan Keplera

Trpělivost růže přinaacutešiacuteV polovině 50 let přišel mladyacute americkyacute chemik Raymond Davis s myšlenkou změřit tok slunečniacutech neutrin metodou navrženou Brunem Pontecorvo Ta byla založena na reakci

Technickeacute realizaci teacuteto metody Ray zasvětil Davis celyacute život Jeho prvniacute aparatura byla umiacutestěna v opuštěneacutem dole na vaacutepe-nec a jejiacutem srdcem byla naacutedrž na 4000 litrů perchloretylenu Počaacutetkem 60 let Davis ziacuteskal prostředky na stavbu stokraacutet většiacuteho zařiacutezeniacute jež bylo uvedeno do provozu v roce 1964 asi 1800 metrů pod zemiacute v dole na zlato v Homestake

37 37e Cl Ar e

37Cl e

21042023 21Gymnaacutezium Jan Keplera

Snad trocha (velkyacutech a přibližnyacutech) čiacutesel nikoho nezabije Viacuteme že ze Slunce přichaacuteziacute na čtverečniacute centimetr za vteřinu

60 miliard neutrin (62x106)Davisův detektor měl objem

400 krychlovyacutech metrů dopadlo do něj za vteřinu

30 milionů miliard neutrin (30x1015)tj za rok (31 milionů vteřin) celkem

milion miliard miliard neutrin (1024)z nichž v Davisově detektoru interagovalo s neutrony

jen 100 v přiacutepadě člověka (100 kg) to odpoviacutedaacute

1 interagujiacuteciacutemu neutrinu za 40 let

21042023 22Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 23Gymnaacutezium Jan Keplera

Davisův uacutekol byl ovšem daleko složitějšiacute než přiacuteslovečneacute hledaacuteniacute jehly v kupce sena Počet přiacutepadů čiacutetal typicky dva za tyacuteden a protože poločas rozpadu argonu je 35 dniacute bylo z detektoru speciaacutelniacute chemickou procedurou odvaacuteděno každeacute dva měsiacutece 10-20 atomů argonu přitom v 400 tunaacutech perchloretylenu je asi 40 tisiacutec miliard miliard miliard (40x1030) molekul

Hodně velkaacute kupka sena

Za 30 let zaznamenal Davis asi 2200 přiacutepadů produkce argonu Tento počet odpoviacutedal toku slunečniacutech neutrin 256plusmn03 solaacuterniacutech jednotek (SNU) Předpověď standardniacuteho modelu Slunce byla třikraacutet většiacute 76plusmn13 SNU 21042023 24Gymnaacutezium Jan Keplera

Vyřešeniacute probleacutemu solaacuterniacutech neutrin

Fyzikaacutelniacute neutrina daneacute bdquovůněldquo tj νe νμντ

jsou směsi stavů ν1 ν2ν3 s nenulovyacutemi hmotnostmi

chovajiacute se podobně jako chameleoni neboť

během pohybu měniacute svou bdquovůnildquo

Tomuto ryze kvantoveacutemu efektu se řiacutekaacute bdquooscilace neutrinldquo

Pokud se elektronoveacute neutrino během letu z nitra Slunce změniacute na mionoveacute či tauonoveacute neurino detektory Davise a Koshiby ho nemohli zachytit 21042023 25Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho elektronoveacuteho neutrina

Oscilace zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti kde ji měřiacuteme a energii neutrina21042023 26Gymnaacutezium Jan Keplera

Postavena za uacutečelem detekce oscilace

Neutrina v Opeře

21042023 27Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho mionoveacuteho neutrina

21042023 28Gymnaacutezium Jan Keplera

Neu2012 27-28 Sept 2010 CERNEdda Gschwendtner CERN 29

CERN PS

SPS

LHC

CNGS

Lake Geneva

CERN Accelerator Complex

21042023 29Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 30Gymnaacutezium Jan Keplera

producemuon-neutrinos

measuretau-neutrinos

CERN

Gra

n Sa

sso

732km

~41019 pyear ~21019 year ~2 year (~11017 year)

Bilance experimentu od počaacutetku roku 2009 bylo

ze 100 miliard miliard protonů (1020) v CERN vyrobeno

50 miliard miliard mionovyacutech neutrin (5x1019) z nichž jich do detektoru OPERA dopadla

setina (5x1017) v něm interagovalo cca deset tisiacutec z nich bylo jedineacute hledaneacute tauonoveacute neutrino

Praacutevě ty bdquoneužitečneacuteldquo přiacutepady interakce neoscilujiacuteciacuteho mionoveacuteho neutrina byly použity pro měřeniacute jeho rychlosti21042023 31Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

Zaacutekladniacute poselstviacute fyziky 20 stoletiacute

Vesmiacuter tak jak ho znaacuteme by nevznikl ani nemohl existovat pokud by v něm platily zaacutekony klasickeacute fyziky ale je založen na dvou piliacuteřiacutech formulovanyacutechpočaacutetkem 20 stoletiacute

Teorii relativity a kvantoveacute teorii21042023 8Gymnaacutezium Jan Keplera

O neutrinech

21042023 9Gymnaacutezium Jan Keplera

Neutrina viacutetaniacute posloveacute ze SlunceV březnu roku 2005 zemřel ve věku 99 let

Hans Bethe laureaacutet Nobelovy ceny za fyziku v roce 1967

Při jejiacutem uděleniacute staacutel vyacutebor Nobelovy nadace před probleacutemem kteryacute z mnoha zaacutesadniacutech přiacutespěvků Betheho k jaderneacute fyzice vybrat Nakonec se rozhodl pro oceněniacute

Betheho praacutece na objasněniacute mechanismu jakyacutem sviacutetiacute hvězdy

Bylo to spraacutevneacute rozhodnutiacute ale v roce 1967 trochu riskantniacute Nikdo si nedovedl představit jinyacute zdroj energie hvězd než fůzi vodiacuteku na heacutelium ale přiacutemeacute důkazy pro to chyběly Dokonce se zdaacutelo že standardniacute model Slunce maacute vaacutežnyacute probleacutem21042023 10Gymnaacutezium Jan Keplera

V polovině 60 let 19 totiž začal v opuštěneacutem dole na zlato Homestake v Jižniacute Dakotě pro-vaacutedět experimenty americkyacute fyzik a chemik

Raymond Davis

Jeho ciacutelem bylo dokaacutezat že ze Slunce k naacutem přileacutetajiacute neutrina a změřit jejich tok Od počaacutetku jeho vyacutesledy naznačovaly že

neutrin ze Slunce k naacutem přileacutetaacute meacuteně

než kolik předpoviacutedaly teoretickeacute vyacutepočty Svůj

Ray Davis

experiment vylepšoval 25 let a staacutele dostaacuteval stejnyacute vyacutesledek

Většina fyziků však měla o spraacutevnosti jeho dat a spolehlivosti teoretickyacutech vyacutepočtů pochybnosti Na rozhodujiacuteciacute důkaz bylo proto třeba počkat až na konec 90 let A Masatoshi Koshibu

jeho detektor zaznamenaacuteval jen asi třetinu teoreticky předpo-věděneacuteho počtu neutrin

21042023 11Gymnaacutezium Jan Keplera

Toho sice nezajiacutemali neutri-na ze Slunce ale počaacutetkem 80 let minuleacuteho stoletiacute se rozhodl prověřit odvaacutežnou předpověď určiteacute třiacutedy teoriiacute ktereacute se snažiacute sjednotit růz-typy sil že

proton neniacute stabilniacute

Masatoshi Koshiba

K tomu postavil detektor v dole na zinek u japonskeacuteho města Kamioka a od roku 1982 čekaacute až se v něm nějakyacute proton rozpad-ne Zatiacutem se nedočkal ale jeho snaha nebyla marnaacute neboť

jeho detektor zachytil a přesně proměřil tok slunečniacutech neutrin

Jeho měřeniacute potvrdila Davisovy vyacutesledky ale kromě toho takeacute

prokaacutezala existenci pozoruhodneacuteho jevu oscilace neutrin

jenž hraje pro pochopeniacute deficitu slunečniacutech neutrin kliacutečovou roli

jeho detektor zachytil a přesně proměřil tok slunečniacutech neutrin

prokaacutezala existenci pozoruhodneacuteho jevu oscilace neutrin

21042023 12Gymnaacutezium Jan Keplera

1321042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

14

sources of rsquo s

Nuclear Reactors few MeV

Human Body = 340 x 106 day

Earthrsquos Radioactivity 6 x 106 cm2s

The Sun6 x 1010 cm2s

The Big Bang = 330 cm3

SN198720 rsquos

Atmospheric rsquos1 cm2s

- -

_Accelerators

E 03 ndash 30 GeV

zdroje neutrin

Slunce

velkyacute třesk

lidskeacute těloatmosferickaacute neutrina

jaderneacute reaktory

pozemskaacute radioaktivita

urychlovače

SN198720 rsquos

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

Jak dlouho sviacutetiacute Slunce a kde k tomu bere energiiOtaacutezky z čeho ziacuteskaacutevajiacute hvězdy energii pro zaacuteřeniacute a jak dlouho Slunce sviacutetiacute si lideacute začali klaacutest zhruba v polovině 19 stoletiacute a to v souvislosti z objevem zaacutekona zachovaacuteniacute energie

Helmholtz hvězdy ziacuteskaacutevajiacute energii

přeměnou gravitačniacute energie na teplo

Darwin na zaacutekladě uacutevah o rychlosti eroze jednoho uacutedoliacute v Jižniacute Anglii odhadl staacuteřiacute Slunce na zhruba 300 milioacutenů let To byla doba dostatečně dlouhaacute pro vyacutevoj druhů přirozenou selekciacute jak ho Darwin formuloval ve sveacute klasickeacute praacuteci O původu druhů

Kelvin došel na zaacutekladě uacutevah o gravitačniacute kontrakci Slunce k čiacuteslu asi desetkraacutet menšiacutemu čiacutemž a vzbudil v Darwinovi pochybnosti o spraacutevnosti jeho hypoteacutezy přirozeneacute selekce druhů Jak dnes viacuteme pravdu měl Darwin ne Kelvin

21042023 15Gymnaacutezium Jan Keplera

1896 H Becquerel objevil spontaacutenniacute radioaktivitu uranu Od počaacutetku bylo jasneacute že zaacuteřeniacute je tvořeno elektricky nabityacutemi čaacutesticemi a že maacute dvě složky α a β

1903 Pierre Curie raacutedium nepřetržitě vyzařuje teplo a přitom se neochlazuje Kraacutetce se zdaacutelo že přirozenaacute radioaktivita by mohla byacutet zdrojem energie pro Slunce ale astronomoveacute brzy ukaacutezali že Slunce je tvořeno převaacutežně plynnyacutem vodiacutekem a radioaktivniacuteho materiaacutelu je tam velmi maacutelo 1905 Rozhodujiacuteciacute okamžik ve vyacutevoji představ jak Slunce sviacutetiacute přinesla Einsteinova teorie relativity Proslulaacute formule

zobecňuje zaacutekon zachovaacuteniacute energie zahrnutiacutem možnosti přeměnit klidovou hmotnost na kinetickou energii a naopak

2mcE

21042023 16Gymnaacutezium Jan Keplera

Přeměna i jen maleacute čaacutesti klidoveacute hmotnosti jader na kinetickou energii tak otevřela možnost ziacuteskat obrovskeacute množstviacute energie

F Aston v roce 1920 zjistil že čtyři jaacutedra vodiacuteku jsou dohromady asi o 07 těžšiacute než jaacutedro heacutelia Kliacuteč k pochopeniacute mechanismu produkce energie ve Slunci byl na světě

Anglickyacute astronom Arthur Eddington teacutehož roku ukaacutezal žepřeměna vodiacuteku na heacutelium může poskytnout dostatek energie na to aby Slunce sviacutetilo asi 100 miliard let

4 protony rarr Helium + 2 pozitrony (+ 2 elektronovaacute neutrina)

Zjednodušenaacute zaacutekladniacute reakce

21042023 17Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 18Gymnaacutezium Jan Keplera

Skutečnost že v β-rozpadu neutronu neutronrarrproton+elektron

vznikaacute kromě elektronu ještě dalšiacute čaacutestice netušil tehdy nikdo a trvalo 17 let než to začalo byacutet fyzikům podezřeleacute

1914 J Chadwick ukaacutezal že spektrum energiiacute elektronů v β-rozpadu je spojiteacute Tento fakt podle Bohra znamenal že

v mikrosvětě se energie v jednotlivyacutech přiacutepadech nezachovaacutevaacute

Toto bdquořešeniacuteldquo odmiacutetal Pauli a pro vysvětleniacute spojiteacuteho spektra postuloval existenci noveacute čaacutestice kterou nazval bdquoneutronldquo Trvalo čtvrt stoletiacute než byla Pauliho hypoteacuteza neutrina v roce 1955 potvrzena experimenty Reinese a Cowana Ti prokaacutezali existenci elektronovyacutech antineutrin z jadernyacutech reaktorech tiacutem že pozorovali důsledky jejich sraacutežek s protony v procesu

e p e n 21042023 19Gymnaacutezium Jan Keplera

Produkce energie ve hvězdaacutech

Na jaře roku 1938 se rozpracovaacuteniacutem Eddingtonovy myšlenky začal zabyacutevat německyacute teoretik Hans Bethe Bylo mu sice jen 32 let ale byl na tento uacutekol ze všech tehdejšiacutech fyziků nejleacutepe připraven A již na podzim 1938 dokončil svoji zaacutekladniacute praacuteci

Kromě skutečnosti že v praacuteci popsanyacutech procesech chybiacute neutrino vystihl Bethe podstatu procesů dokonale 21042023 20Gymnaacutezium Jan Keplera

Trpělivost růže přinaacutešiacuteV polovině 50 let přišel mladyacute americkyacute chemik Raymond Davis s myšlenkou změřit tok slunečniacutech neutrin metodou navrženou Brunem Pontecorvo Ta byla založena na reakci

Technickeacute realizaci teacuteto metody Ray zasvětil Davis celyacute život Jeho prvniacute aparatura byla umiacutestěna v opuštěneacutem dole na vaacutepe-nec a jejiacutem srdcem byla naacutedrž na 4000 litrů perchloretylenu Počaacutetkem 60 let Davis ziacuteskal prostředky na stavbu stokraacutet většiacuteho zařiacutezeniacute jež bylo uvedeno do provozu v roce 1964 asi 1800 metrů pod zemiacute v dole na zlato v Homestake

37 37e Cl Ar e

37Cl e

21042023 21Gymnaacutezium Jan Keplera

Snad trocha (velkyacutech a přibližnyacutech) čiacutesel nikoho nezabije Viacuteme že ze Slunce přichaacuteziacute na čtverečniacute centimetr za vteřinu

60 miliard neutrin (62x106)Davisův detektor měl objem

400 krychlovyacutech metrů dopadlo do něj za vteřinu

30 milionů miliard neutrin (30x1015)tj za rok (31 milionů vteřin) celkem

milion miliard miliard neutrin (1024)z nichž v Davisově detektoru interagovalo s neutrony

jen 100 v přiacutepadě člověka (100 kg) to odpoviacutedaacute

1 interagujiacuteciacutemu neutrinu za 40 let

21042023 22Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 23Gymnaacutezium Jan Keplera

Davisův uacutekol byl ovšem daleko složitějšiacute než přiacuteslovečneacute hledaacuteniacute jehly v kupce sena Počet přiacutepadů čiacutetal typicky dva za tyacuteden a protože poločas rozpadu argonu je 35 dniacute bylo z detektoru speciaacutelniacute chemickou procedurou odvaacuteděno každeacute dva měsiacutece 10-20 atomů argonu přitom v 400 tunaacutech perchloretylenu je asi 40 tisiacutec miliard miliard miliard (40x1030) molekul

Hodně velkaacute kupka sena

Za 30 let zaznamenal Davis asi 2200 přiacutepadů produkce argonu Tento počet odpoviacutedal toku slunečniacutech neutrin 256plusmn03 solaacuterniacutech jednotek (SNU) Předpověď standardniacuteho modelu Slunce byla třikraacutet většiacute 76plusmn13 SNU 21042023 24Gymnaacutezium Jan Keplera

Vyřešeniacute probleacutemu solaacuterniacutech neutrin

Fyzikaacutelniacute neutrina daneacute bdquovůněldquo tj νe νμντ

jsou směsi stavů ν1 ν2ν3 s nenulovyacutemi hmotnostmi

chovajiacute se podobně jako chameleoni neboť

během pohybu měniacute svou bdquovůnildquo

Tomuto ryze kvantoveacutemu efektu se řiacutekaacute bdquooscilace neutrinldquo

Pokud se elektronoveacute neutrino během letu z nitra Slunce změniacute na mionoveacute či tauonoveacute neurino detektory Davise a Koshiby ho nemohli zachytit 21042023 25Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho elektronoveacuteho neutrina

Oscilace zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti kde ji měřiacuteme a energii neutrina21042023 26Gymnaacutezium Jan Keplera

Postavena za uacutečelem detekce oscilace

Neutrina v Opeře

21042023 27Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho mionoveacuteho neutrina

21042023 28Gymnaacutezium Jan Keplera

Neu2012 27-28 Sept 2010 CERNEdda Gschwendtner CERN 29

CERN PS

SPS

LHC

CNGS

Lake Geneva

CERN Accelerator Complex

21042023 29Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 30Gymnaacutezium Jan Keplera

producemuon-neutrinos

measuretau-neutrinos

CERN

Gra

n Sa

sso

732km

~41019 pyear ~21019 year ~2 year (~11017 year)

Bilance experimentu od počaacutetku roku 2009 bylo

ze 100 miliard miliard protonů (1020) v CERN vyrobeno

50 miliard miliard mionovyacutech neutrin (5x1019) z nichž jich do detektoru OPERA dopadla

setina (5x1017) v něm interagovalo cca deset tisiacutec z nich bylo jedineacute hledaneacute tauonoveacute neutrino

Praacutevě ty bdquoneužitečneacuteldquo přiacutepady interakce neoscilujiacuteciacuteho mionoveacuteho neutrina byly použity pro měřeniacute jeho rychlosti21042023 31Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

O neutrinech

21042023 9Gymnaacutezium Jan Keplera

Neutrina viacutetaniacute posloveacute ze SlunceV březnu roku 2005 zemřel ve věku 99 let

Hans Bethe laureaacutet Nobelovy ceny za fyziku v roce 1967

Při jejiacutem uděleniacute staacutel vyacutebor Nobelovy nadace před probleacutemem kteryacute z mnoha zaacutesadniacutech přiacutespěvků Betheho k jaderneacute fyzice vybrat Nakonec se rozhodl pro oceněniacute

Betheho praacutece na objasněniacute mechanismu jakyacutem sviacutetiacute hvězdy

Bylo to spraacutevneacute rozhodnutiacute ale v roce 1967 trochu riskantniacute Nikdo si nedovedl představit jinyacute zdroj energie hvězd než fůzi vodiacuteku na heacutelium ale přiacutemeacute důkazy pro to chyběly Dokonce se zdaacutelo že standardniacute model Slunce maacute vaacutežnyacute probleacutem21042023 10Gymnaacutezium Jan Keplera

V polovině 60 let 19 totiž začal v opuštěneacutem dole na zlato Homestake v Jižniacute Dakotě pro-vaacutedět experimenty americkyacute fyzik a chemik

Raymond Davis

Jeho ciacutelem bylo dokaacutezat že ze Slunce k naacutem přileacutetajiacute neutrina a změřit jejich tok Od počaacutetku jeho vyacutesledy naznačovaly že

neutrin ze Slunce k naacutem přileacutetaacute meacuteně

než kolik předpoviacutedaly teoretickeacute vyacutepočty Svůj

Ray Davis

experiment vylepšoval 25 let a staacutele dostaacuteval stejnyacute vyacutesledek

Většina fyziků však měla o spraacutevnosti jeho dat a spolehlivosti teoretickyacutech vyacutepočtů pochybnosti Na rozhodujiacuteciacute důkaz bylo proto třeba počkat až na konec 90 let A Masatoshi Koshibu

jeho detektor zaznamenaacuteval jen asi třetinu teoreticky předpo-věděneacuteho počtu neutrin

21042023 11Gymnaacutezium Jan Keplera

Toho sice nezajiacutemali neutri-na ze Slunce ale počaacutetkem 80 let minuleacuteho stoletiacute se rozhodl prověřit odvaacutežnou předpověď určiteacute třiacutedy teoriiacute ktereacute se snažiacute sjednotit růz-typy sil že

proton neniacute stabilniacute

Masatoshi Koshiba

K tomu postavil detektor v dole na zinek u japonskeacuteho města Kamioka a od roku 1982 čekaacute až se v něm nějakyacute proton rozpad-ne Zatiacutem se nedočkal ale jeho snaha nebyla marnaacute neboť

jeho detektor zachytil a přesně proměřil tok slunečniacutech neutrin

Jeho měřeniacute potvrdila Davisovy vyacutesledky ale kromě toho takeacute

prokaacutezala existenci pozoruhodneacuteho jevu oscilace neutrin

jenž hraje pro pochopeniacute deficitu slunečniacutech neutrin kliacutečovou roli

jeho detektor zachytil a přesně proměřil tok slunečniacutech neutrin

prokaacutezala existenci pozoruhodneacuteho jevu oscilace neutrin

21042023 12Gymnaacutezium Jan Keplera

1321042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

14

sources of rsquo s

Nuclear Reactors few MeV

Human Body = 340 x 106 day

Earthrsquos Radioactivity 6 x 106 cm2s

The Sun6 x 1010 cm2s

The Big Bang = 330 cm3

SN198720 rsquos

Atmospheric rsquos1 cm2s

- -

_Accelerators

E 03 ndash 30 GeV

zdroje neutrin

Slunce

velkyacute třesk

lidskeacute těloatmosferickaacute neutrina

jaderneacute reaktory

pozemskaacute radioaktivita

urychlovače

SN198720 rsquos

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

Jak dlouho sviacutetiacute Slunce a kde k tomu bere energiiOtaacutezky z čeho ziacuteskaacutevajiacute hvězdy energii pro zaacuteřeniacute a jak dlouho Slunce sviacutetiacute si lideacute začali klaacutest zhruba v polovině 19 stoletiacute a to v souvislosti z objevem zaacutekona zachovaacuteniacute energie

Helmholtz hvězdy ziacuteskaacutevajiacute energii

přeměnou gravitačniacute energie na teplo

Darwin na zaacutekladě uacutevah o rychlosti eroze jednoho uacutedoliacute v Jižniacute Anglii odhadl staacuteřiacute Slunce na zhruba 300 milioacutenů let To byla doba dostatečně dlouhaacute pro vyacutevoj druhů přirozenou selekciacute jak ho Darwin formuloval ve sveacute klasickeacute praacuteci O původu druhů

Kelvin došel na zaacutekladě uacutevah o gravitačniacute kontrakci Slunce k čiacuteslu asi desetkraacutet menšiacutemu čiacutemž a vzbudil v Darwinovi pochybnosti o spraacutevnosti jeho hypoteacutezy přirozeneacute selekce druhů Jak dnes viacuteme pravdu měl Darwin ne Kelvin

21042023 15Gymnaacutezium Jan Keplera

1896 H Becquerel objevil spontaacutenniacute radioaktivitu uranu Od počaacutetku bylo jasneacute že zaacuteřeniacute je tvořeno elektricky nabityacutemi čaacutesticemi a že maacute dvě složky α a β

1903 Pierre Curie raacutedium nepřetržitě vyzařuje teplo a přitom se neochlazuje Kraacutetce se zdaacutelo že přirozenaacute radioaktivita by mohla byacutet zdrojem energie pro Slunce ale astronomoveacute brzy ukaacutezali že Slunce je tvořeno převaacutežně plynnyacutem vodiacutekem a radioaktivniacuteho materiaacutelu je tam velmi maacutelo 1905 Rozhodujiacuteciacute okamžik ve vyacutevoji představ jak Slunce sviacutetiacute přinesla Einsteinova teorie relativity Proslulaacute formule

zobecňuje zaacutekon zachovaacuteniacute energie zahrnutiacutem možnosti přeměnit klidovou hmotnost na kinetickou energii a naopak

2mcE

21042023 16Gymnaacutezium Jan Keplera

Přeměna i jen maleacute čaacutesti klidoveacute hmotnosti jader na kinetickou energii tak otevřela možnost ziacuteskat obrovskeacute množstviacute energie

F Aston v roce 1920 zjistil že čtyři jaacutedra vodiacuteku jsou dohromady asi o 07 těžšiacute než jaacutedro heacutelia Kliacuteč k pochopeniacute mechanismu produkce energie ve Slunci byl na světě

Anglickyacute astronom Arthur Eddington teacutehož roku ukaacutezal žepřeměna vodiacuteku na heacutelium může poskytnout dostatek energie na to aby Slunce sviacutetilo asi 100 miliard let

4 protony rarr Helium + 2 pozitrony (+ 2 elektronovaacute neutrina)

Zjednodušenaacute zaacutekladniacute reakce

21042023 17Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 18Gymnaacutezium Jan Keplera

Skutečnost že v β-rozpadu neutronu neutronrarrproton+elektron

vznikaacute kromě elektronu ještě dalšiacute čaacutestice netušil tehdy nikdo a trvalo 17 let než to začalo byacutet fyzikům podezřeleacute

1914 J Chadwick ukaacutezal že spektrum energiiacute elektronů v β-rozpadu je spojiteacute Tento fakt podle Bohra znamenal že

v mikrosvětě se energie v jednotlivyacutech přiacutepadech nezachovaacutevaacute

Toto bdquořešeniacuteldquo odmiacutetal Pauli a pro vysvětleniacute spojiteacuteho spektra postuloval existenci noveacute čaacutestice kterou nazval bdquoneutronldquo Trvalo čtvrt stoletiacute než byla Pauliho hypoteacuteza neutrina v roce 1955 potvrzena experimenty Reinese a Cowana Ti prokaacutezali existenci elektronovyacutech antineutrin z jadernyacutech reaktorech tiacutem že pozorovali důsledky jejich sraacutežek s protony v procesu

e p e n 21042023 19Gymnaacutezium Jan Keplera

Produkce energie ve hvězdaacutech

Na jaře roku 1938 se rozpracovaacuteniacutem Eddingtonovy myšlenky začal zabyacutevat německyacute teoretik Hans Bethe Bylo mu sice jen 32 let ale byl na tento uacutekol ze všech tehdejšiacutech fyziků nejleacutepe připraven A již na podzim 1938 dokončil svoji zaacutekladniacute praacuteci

Kromě skutečnosti že v praacuteci popsanyacutech procesech chybiacute neutrino vystihl Bethe podstatu procesů dokonale 21042023 20Gymnaacutezium Jan Keplera

Trpělivost růže přinaacutešiacuteV polovině 50 let přišel mladyacute americkyacute chemik Raymond Davis s myšlenkou změřit tok slunečniacutech neutrin metodou navrženou Brunem Pontecorvo Ta byla založena na reakci

Technickeacute realizaci teacuteto metody Ray zasvětil Davis celyacute život Jeho prvniacute aparatura byla umiacutestěna v opuštěneacutem dole na vaacutepe-nec a jejiacutem srdcem byla naacutedrž na 4000 litrů perchloretylenu Počaacutetkem 60 let Davis ziacuteskal prostředky na stavbu stokraacutet většiacuteho zařiacutezeniacute jež bylo uvedeno do provozu v roce 1964 asi 1800 metrů pod zemiacute v dole na zlato v Homestake

37 37e Cl Ar e

37Cl e

21042023 21Gymnaacutezium Jan Keplera

Snad trocha (velkyacutech a přibližnyacutech) čiacutesel nikoho nezabije Viacuteme že ze Slunce přichaacuteziacute na čtverečniacute centimetr za vteřinu

60 miliard neutrin (62x106)Davisův detektor měl objem

400 krychlovyacutech metrů dopadlo do něj za vteřinu

30 milionů miliard neutrin (30x1015)tj za rok (31 milionů vteřin) celkem

milion miliard miliard neutrin (1024)z nichž v Davisově detektoru interagovalo s neutrony

jen 100 v přiacutepadě člověka (100 kg) to odpoviacutedaacute

1 interagujiacuteciacutemu neutrinu za 40 let

21042023 22Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 23Gymnaacutezium Jan Keplera

Davisův uacutekol byl ovšem daleko složitějšiacute než přiacuteslovečneacute hledaacuteniacute jehly v kupce sena Počet přiacutepadů čiacutetal typicky dva za tyacuteden a protože poločas rozpadu argonu je 35 dniacute bylo z detektoru speciaacutelniacute chemickou procedurou odvaacuteděno každeacute dva měsiacutece 10-20 atomů argonu přitom v 400 tunaacutech perchloretylenu je asi 40 tisiacutec miliard miliard miliard (40x1030) molekul

Hodně velkaacute kupka sena

Za 30 let zaznamenal Davis asi 2200 přiacutepadů produkce argonu Tento počet odpoviacutedal toku slunečniacutech neutrin 256plusmn03 solaacuterniacutech jednotek (SNU) Předpověď standardniacuteho modelu Slunce byla třikraacutet většiacute 76plusmn13 SNU 21042023 24Gymnaacutezium Jan Keplera

Vyřešeniacute probleacutemu solaacuterniacutech neutrin

Fyzikaacutelniacute neutrina daneacute bdquovůněldquo tj νe νμντ

jsou směsi stavů ν1 ν2ν3 s nenulovyacutemi hmotnostmi

chovajiacute se podobně jako chameleoni neboť

během pohybu měniacute svou bdquovůnildquo

Tomuto ryze kvantoveacutemu efektu se řiacutekaacute bdquooscilace neutrinldquo

Pokud se elektronoveacute neutrino během letu z nitra Slunce změniacute na mionoveacute či tauonoveacute neurino detektory Davise a Koshiby ho nemohli zachytit 21042023 25Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho elektronoveacuteho neutrina

Oscilace zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti kde ji měřiacuteme a energii neutrina21042023 26Gymnaacutezium Jan Keplera

Postavena za uacutečelem detekce oscilace

Neutrina v Opeře

21042023 27Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho mionoveacuteho neutrina

21042023 28Gymnaacutezium Jan Keplera

Neu2012 27-28 Sept 2010 CERNEdda Gschwendtner CERN 29

CERN PS

SPS

LHC

CNGS

Lake Geneva

CERN Accelerator Complex

21042023 29Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 30Gymnaacutezium Jan Keplera

producemuon-neutrinos

measuretau-neutrinos

CERN

Gra

n Sa

sso

732km

~41019 pyear ~21019 year ~2 year (~11017 year)

Bilance experimentu od počaacutetku roku 2009 bylo

ze 100 miliard miliard protonů (1020) v CERN vyrobeno

50 miliard miliard mionovyacutech neutrin (5x1019) z nichž jich do detektoru OPERA dopadla

setina (5x1017) v něm interagovalo cca deset tisiacutec z nich bylo jedineacute hledaneacute tauonoveacute neutrino

Praacutevě ty bdquoneužitečneacuteldquo přiacutepady interakce neoscilujiacuteciacuteho mionoveacuteho neutrina byly použity pro měřeniacute jeho rychlosti21042023 31Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

Neutrina viacutetaniacute posloveacute ze SlunceV březnu roku 2005 zemřel ve věku 99 let

Hans Bethe laureaacutet Nobelovy ceny za fyziku v roce 1967

Při jejiacutem uděleniacute staacutel vyacutebor Nobelovy nadace před probleacutemem kteryacute z mnoha zaacutesadniacutech přiacutespěvků Betheho k jaderneacute fyzice vybrat Nakonec se rozhodl pro oceněniacute

Betheho praacutece na objasněniacute mechanismu jakyacutem sviacutetiacute hvězdy

Bylo to spraacutevneacute rozhodnutiacute ale v roce 1967 trochu riskantniacute Nikdo si nedovedl představit jinyacute zdroj energie hvězd než fůzi vodiacuteku na heacutelium ale přiacutemeacute důkazy pro to chyběly Dokonce se zdaacutelo že standardniacute model Slunce maacute vaacutežnyacute probleacutem21042023 10Gymnaacutezium Jan Keplera

V polovině 60 let 19 totiž začal v opuštěneacutem dole na zlato Homestake v Jižniacute Dakotě pro-vaacutedět experimenty americkyacute fyzik a chemik

Raymond Davis

Jeho ciacutelem bylo dokaacutezat že ze Slunce k naacutem přileacutetajiacute neutrina a změřit jejich tok Od počaacutetku jeho vyacutesledy naznačovaly že

neutrin ze Slunce k naacutem přileacutetaacute meacuteně

než kolik předpoviacutedaly teoretickeacute vyacutepočty Svůj

Ray Davis

experiment vylepšoval 25 let a staacutele dostaacuteval stejnyacute vyacutesledek

Většina fyziků však měla o spraacutevnosti jeho dat a spolehlivosti teoretickyacutech vyacutepočtů pochybnosti Na rozhodujiacuteciacute důkaz bylo proto třeba počkat až na konec 90 let A Masatoshi Koshibu

jeho detektor zaznamenaacuteval jen asi třetinu teoreticky předpo-věděneacuteho počtu neutrin

21042023 11Gymnaacutezium Jan Keplera

Toho sice nezajiacutemali neutri-na ze Slunce ale počaacutetkem 80 let minuleacuteho stoletiacute se rozhodl prověřit odvaacutežnou předpověď určiteacute třiacutedy teoriiacute ktereacute se snažiacute sjednotit růz-typy sil že

proton neniacute stabilniacute

Masatoshi Koshiba

K tomu postavil detektor v dole na zinek u japonskeacuteho města Kamioka a od roku 1982 čekaacute až se v něm nějakyacute proton rozpad-ne Zatiacutem se nedočkal ale jeho snaha nebyla marnaacute neboť

jeho detektor zachytil a přesně proměřil tok slunečniacutech neutrin

Jeho měřeniacute potvrdila Davisovy vyacutesledky ale kromě toho takeacute

prokaacutezala existenci pozoruhodneacuteho jevu oscilace neutrin

jenž hraje pro pochopeniacute deficitu slunečniacutech neutrin kliacutečovou roli

jeho detektor zachytil a přesně proměřil tok slunečniacutech neutrin

prokaacutezala existenci pozoruhodneacuteho jevu oscilace neutrin

21042023 12Gymnaacutezium Jan Keplera

1321042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

14

sources of rsquo s

Nuclear Reactors few MeV

Human Body = 340 x 106 day

Earthrsquos Radioactivity 6 x 106 cm2s

The Sun6 x 1010 cm2s

The Big Bang = 330 cm3

SN198720 rsquos

Atmospheric rsquos1 cm2s

- -

_Accelerators

E 03 ndash 30 GeV

zdroje neutrin

Slunce

velkyacute třesk

lidskeacute těloatmosferickaacute neutrina

jaderneacute reaktory

pozemskaacute radioaktivita

urychlovače

SN198720 rsquos

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

Jak dlouho sviacutetiacute Slunce a kde k tomu bere energiiOtaacutezky z čeho ziacuteskaacutevajiacute hvězdy energii pro zaacuteřeniacute a jak dlouho Slunce sviacutetiacute si lideacute začali klaacutest zhruba v polovině 19 stoletiacute a to v souvislosti z objevem zaacutekona zachovaacuteniacute energie

Helmholtz hvězdy ziacuteskaacutevajiacute energii

přeměnou gravitačniacute energie na teplo

Darwin na zaacutekladě uacutevah o rychlosti eroze jednoho uacutedoliacute v Jižniacute Anglii odhadl staacuteřiacute Slunce na zhruba 300 milioacutenů let To byla doba dostatečně dlouhaacute pro vyacutevoj druhů přirozenou selekciacute jak ho Darwin formuloval ve sveacute klasickeacute praacuteci O původu druhů

Kelvin došel na zaacutekladě uacutevah o gravitačniacute kontrakci Slunce k čiacuteslu asi desetkraacutet menšiacutemu čiacutemž a vzbudil v Darwinovi pochybnosti o spraacutevnosti jeho hypoteacutezy přirozeneacute selekce druhů Jak dnes viacuteme pravdu měl Darwin ne Kelvin

21042023 15Gymnaacutezium Jan Keplera

1896 H Becquerel objevil spontaacutenniacute radioaktivitu uranu Od počaacutetku bylo jasneacute že zaacuteřeniacute je tvořeno elektricky nabityacutemi čaacutesticemi a že maacute dvě složky α a β

1903 Pierre Curie raacutedium nepřetržitě vyzařuje teplo a přitom se neochlazuje Kraacutetce se zdaacutelo že přirozenaacute radioaktivita by mohla byacutet zdrojem energie pro Slunce ale astronomoveacute brzy ukaacutezali že Slunce je tvořeno převaacutežně plynnyacutem vodiacutekem a radioaktivniacuteho materiaacutelu je tam velmi maacutelo 1905 Rozhodujiacuteciacute okamžik ve vyacutevoji představ jak Slunce sviacutetiacute přinesla Einsteinova teorie relativity Proslulaacute formule

zobecňuje zaacutekon zachovaacuteniacute energie zahrnutiacutem možnosti přeměnit klidovou hmotnost na kinetickou energii a naopak

2mcE

21042023 16Gymnaacutezium Jan Keplera

Přeměna i jen maleacute čaacutesti klidoveacute hmotnosti jader na kinetickou energii tak otevřela možnost ziacuteskat obrovskeacute množstviacute energie

F Aston v roce 1920 zjistil že čtyři jaacutedra vodiacuteku jsou dohromady asi o 07 těžšiacute než jaacutedro heacutelia Kliacuteč k pochopeniacute mechanismu produkce energie ve Slunci byl na světě

Anglickyacute astronom Arthur Eddington teacutehož roku ukaacutezal žepřeměna vodiacuteku na heacutelium může poskytnout dostatek energie na to aby Slunce sviacutetilo asi 100 miliard let

4 protony rarr Helium + 2 pozitrony (+ 2 elektronovaacute neutrina)

Zjednodušenaacute zaacutekladniacute reakce

21042023 17Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 18Gymnaacutezium Jan Keplera

Skutečnost že v β-rozpadu neutronu neutronrarrproton+elektron

vznikaacute kromě elektronu ještě dalšiacute čaacutestice netušil tehdy nikdo a trvalo 17 let než to začalo byacutet fyzikům podezřeleacute

1914 J Chadwick ukaacutezal že spektrum energiiacute elektronů v β-rozpadu je spojiteacute Tento fakt podle Bohra znamenal že

v mikrosvětě se energie v jednotlivyacutech přiacutepadech nezachovaacutevaacute

Toto bdquořešeniacuteldquo odmiacutetal Pauli a pro vysvětleniacute spojiteacuteho spektra postuloval existenci noveacute čaacutestice kterou nazval bdquoneutronldquo Trvalo čtvrt stoletiacute než byla Pauliho hypoteacuteza neutrina v roce 1955 potvrzena experimenty Reinese a Cowana Ti prokaacutezali existenci elektronovyacutech antineutrin z jadernyacutech reaktorech tiacutem že pozorovali důsledky jejich sraacutežek s protony v procesu

e p e n 21042023 19Gymnaacutezium Jan Keplera

Produkce energie ve hvězdaacutech

Na jaře roku 1938 se rozpracovaacuteniacutem Eddingtonovy myšlenky začal zabyacutevat německyacute teoretik Hans Bethe Bylo mu sice jen 32 let ale byl na tento uacutekol ze všech tehdejšiacutech fyziků nejleacutepe připraven A již na podzim 1938 dokončil svoji zaacutekladniacute praacuteci

Kromě skutečnosti že v praacuteci popsanyacutech procesech chybiacute neutrino vystihl Bethe podstatu procesů dokonale 21042023 20Gymnaacutezium Jan Keplera

Trpělivost růže přinaacutešiacuteV polovině 50 let přišel mladyacute americkyacute chemik Raymond Davis s myšlenkou změřit tok slunečniacutech neutrin metodou navrženou Brunem Pontecorvo Ta byla založena na reakci

Technickeacute realizaci teacuteto metody Ray zasvětil Davis celyacute život Jeho prvniacute aparatura byla umiacutestěna v opuštěneacutem dole na vaacutepe-nec a jejiacutem srdcem byla naacutedrž na 4000 litrů perchloretylenu Počaacutetkem 60 let Davis ziacuteskal prostředky na stavbu stokraacutet většiacuteho zařiacutezeniacute jež bylo uvedeno do provozu v roce 1964 asi 1800 metrů pod zemiacute v dole na zlato v Homestake

37 37e Cl Ar e

37Cl e

21042023 21Gymnaacutezium Jan Keplera

Snad trocha (velkyacutech a přibližnyacutech) čiacutesel nikoho nezabije Viacuteme že ze Slunce přichaacuteziacute na čtverečniacute centimetr za vteřinu

60 miliard neutrin (62x106)Davisův detektor měl objem

400 krychlovyacutech metrů dopadlo do něj za vteřinu

30 milionů miliard neutrin (30x1015)tj za rok (31 milionů vteřin) celkem

milion miliard miliard neutrin (1024)z nichž v Davisově detektoru interagovalo s neutrony

jen 100 v přiacutepadě člověka (100 kg) to odpoviacutedaacute

1 interagujiacuteciacutemu neutrinu za 40 let

21042023 22Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 23Gymnaacutezium Jan Keplera

Davisův uacutekol byl ovšem daleko složitějšiacute než přiacuteslovečneacute hledaacuteniacute jehly v kupce sena Počet přiacutepadů čiacutetal typicky dva za tyacuteden a protože poločas rozpadu argonu je 35 dniacute bylo z detektoru speciaacutelniacute chemickou procedurou odvaacuteděno každeacute dva měsiacutece 10-20 atomů argonu přitom v 400 tunaacutech perchloretylenu je asi 40 tisiacutec miliard miliard miliard (40x1030) molekul

Hodně velkaacute kupka sena

Za 30 let zaznamenal Davis asi 2200 přiacutepadů produkce argonu Tento počet odpoviacutedal toku slunečniacutech neutrin 256plusmn03 solaacuterniacutech jednotek (SNU) Předpověď standardniacuteho modelu Slunce byla třikraacutet většiacute 76plusmn13 SNU 21042023 24Gymnaacutezium Jan Keplera

Vyřešeniacute probleacutemu solaacuterniacutech neutrin

Fyzikaacutelniacute neutrina daneacute bdquovůněldquo tj νe νμντ

jsou směsi stavů ν1 ν2ν3 s nenulovyacutemi hmotnostmi

chovajiacute se podobně jako chameleoni neboť

během pohybu měniacute svou bdquovůnildquo

Tomuto ryze kvantoveacutemu efektu se řiacutekaacute bdquooscilace neutrinldquo

Pokud se elektronoveacute neutrino během letu z nitra Slunce změniacute na mionoveacute či tauonoveacute neurino detektory Davise a Koshiby ho nemohli zachytit 21042023 25Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho elektronoveacuteho neutrina

Oscilace zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti kde ji měřiacuteme a energii neutrina21042023 26Gymnaacutezium Jan Keplera

Postavena za uacutečelem detekce oscilace

Neutrina v Opeře

21042023 27Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho mionoveacuteho neutrina

21042023 28Gymnaacutezium Jan Keplera

Neu2012 27-28 Sept 2010 CERNEdda Gschwendtner CERN 29

CERN PS

SPS

LHC

CNGS

Lake Geneva

CERN Accelerator Complex

21042023 29Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 30Gymnaacutezium Jan Keplera

producemuon-neutrinos

measuretau-neutrinos

CERN

Gra

n Sa

sso

732km

~41019 pyear ~21019 year ~2 year (~11017 year)

Bilance experimentu od počaacutetku roku 2009 bylo

ze 100 miliard miliard protonů (1020) v CERN vyrobeno

50 miliard miliard mionovyacutech neutrin (5x1019) z nichž jich do detektoru OPERA dopadla

setina (5x1017) v něm interagovalo cca deset tisiacutec z nich bylo jedineacute hledaneacute tauonoveacute neutrino

Praacutevě ty bdquoneužitečneacuteldquo přiacutepady interakce neoscilujiacuteciacuteho mionoveacuteho neutrina byly použity pro měřeniacute jeho rychlosti21042023 31Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

V polovině 60 let 19 totiž začal v opuštěneacutem dole na zlato Homestake v Jižniacute Dakotě pro-vaacutedět experimenty americkyacute fyzik a chemik

Raymond Davis

Jeho ciacutelem bylo dokaacutezat že ze Slunce k naacutem přileacutetajiacute neutrina a změřit jejich tok Od počaacutetku jeho vyacutesledy naznačovaly že

neutrin ze Slunce k naacutem přileacutetaacute meacuteně

než kolik předpoviacutedaly teoretickeacute vyacutepočty Svůj

Ray Davis

experiment vylepšoval 25 let a staacutele dostaacuteval stejnyacute vyacutesledek

Většina fyziků však měla o spraacutevnosti jeho dat a spolehlivosti teoretickyacutech vyacutepočtů pochybnosti Na rozhodujiacuteciacute důkaz bylo proto třeba počkat až na konec 90 let A Masatoshi Koshibu

jeho detektor zaznamenaacuteval jen asi třetinu teoreticky předpo-věděneacuteho počtu neutrin

21042023 11Gymnaacutezium Jan Keplera

Toho sice nezajiacutemali neutri-na ze Slunce ale počaacutetkem 80 let minuleacuteho stoletiacute se rozhodl prověřit odvaacutežnou předpověď určiteacute třiacutedy teoriiacute ktereacute se snažiacute sjednotit růz-typy sil že

proton neniacute stabilniacute

Masatoshi Koshiba

K tomu postavil detektor v dole na zinek u japonskeacuteho města Kamioka a od roku 1982 čekaacute až se v něm nějakyacute proton rozpad-ne Zatiacutem se nedočkal ale jeho snaha nebyla marnaacute neboť

jeho detektor zachytil a přesně proměřil tok slunečniacutech neutrin

Jeho měřeniacute potvrdila Davisovy vyacutesledky ale kromě toho takeacute

prokaacutezala existenci pozoruhodneacuteho jevu oscilace neutrin

jenž hraje pro pochopeniacute deficitu slunečniacutech neutrin kliacutečovou roli

jeho detektor zachytil a přesně proměřil tok slunečniacutech neutrin

prokaacutezala existenci pozoruhodneacuteho jevu oscilace neutrin

21042023 12Gymnaacutezium Jan Keplera

1321042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

14

sources of rsquo s

Nuclear Reactors few MeV

Human Body = 340 x 106 day

Earthrsquos Radioactivity 6 x 106 cm2s

The Sun6 x 1010 cm2s

The Big Bang = 330 cm3

SN198720 rsquos

Atmospheric rsquos1 cm2s

- -

_Accelerators

E 03 ndash 30 GeV

zdroje neutrin

Slunce

velkyacute třesk

lidskeacute těloatmosferickaacute neutrina

jaderneacute reaktory

pozemskaacute radioaktivita

urychlovače

SN198720 rsquos

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

Jak dlouho sviacutetiacute Slunce a kde k tomu bere energiiOtaacutezky z čeho ziacuteskaacutevajiacute hvězdy energii pro zaacuteřeniacute a jak dlouho Slunce sviacutetiacute si lideacute začali klaacutest zhruba v polovině 19 stoletiacute a to v souvislosti z objevem zaacutekona zachovaacuteniacute energie

Helmholtz hvězdy ziacuteskaacutevajiacute energii

přeměnou gravitačniacute energie na teplo

Darwin na zaacutekladě uacutevah o rychlosti eroze jednoho uacutedoliacute v Jižniacute Anglii odhadl staacuteřiacute Slunce na zhruba 300 milioacutenů let To byla doba dostatečně dlouhaacute pro vyacutevoj druhů přirozenou selekciacute jak ho Darwin formuloval ve sveacute klasickeacute praacuteci O původu druhů

Kelvin došel na zaacutekladě uacutevah o gravitačniacute kontrakci Slunce k čiacuteslu asi desetkraacutet menšiacutemu čiacutemž a vzbudil v Darwinovi pochybnosti o spraacutevnosti jeho hypoteacutezy přirozeneacute selekce druhů Jak dnes viacuteme pravdu měl Darwin ne Kelvin

21042023 15Gymnaacutezium Jan Keplera

1896 H Becquerel objevil spontaacutenniacute radioaktivitu uranu Od počaacutetku bylo jasneacute že zaacuteřeniacute je tvořeno elektricky nabityacutemi čaacutesticemi a že maacute dvě složky α a β

1903 Pierre Curie raacutedium nepřetržitě vyzařuje teplo a přitom se neochlazuje Kraacutetce se zdaacutelo že přirozenaacute radioaktivita by mohla byacutet zdrojem energie pro Slunce ale astronomoveacute brzy ukaacutezali že Slunce je tvořeno převaacutežně plynnyacutem vodiacutekem a radioaktivniacuteho materiaacutelu je tam velmi maacutelo 1905 Rozhodujiacuteciacute okamžik ve vyacutevoji představ jak Slunce sviacutetiacute přinesla Einsteinova teorie relativity Proslulaacute formule

zobecňuje zaacutekon zachovaacuteniacute energie zahrnutiacutem možnosti přeměnit klidovou hmotnost na kinetickou energii a naopak

2mcE

21042023 16Gymnaacutezium Jan Keplera

Přeměna i jen maleacute čaacutesti klidoveacute hmotnosti jader na kinetickou energii tak otevřela možnost ziacuteskat obrovskeacute množstviacute energie

F Aston v roce 1920 zjistil že čtyři jaacutedra vodiacuteku jsou dohromady asi o 07 těžšiacute než jaacutedro heacutelia Kliacuteč k pochopeniacute mechanismu produkce energie ve Slunci byl na světě

Anglickyacute astronom Arthur Eddington teacutehož roku ukaacutezal žepřeměna vodiacuteku na heacutelium může poskytnout dostatek energie na to aby Slunce sviacutetilo asi 100 miliard let

4 protony rarr Helium + 2 pozitrony (+ 2 elektronovaacute neutrina)

Zjednodušenaacute zaacutekladniacute reakce

21042023 17Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 18Gymnaacutezium Jan Keplera

Skutečnost že v β-rozpadu neutronu neutronrarrproton+elektron

vznikaacute kromě elektronu ještě dalšiacute čaacutestice netušil tehdy nikdo a trvalo 17 let než to začalo byacutet fyzikům podezřeleacute

1914 J Chadwick ukaacutezal že spektrum energiiacute elektronů v β-rozpadu je spojiteacute Tento fakt podle Bohra znamenal že

v mikrosvětě se energie v jednotlivyacutech přiacutepadech nezachovaacutevaacute

Toto bdquořešeniacuteldquo odmiacutetal Pauli a pro vysvětleniacute spojiteacuteho spektra postuloval existenci noveacute čaacutestice kterou nazval bdquoneutronldquo Trvalo čtvrt stoletiacute než byla Pauliho hypoteacuteza neutrina v roce 1955 potvrzena experimenty Reinese a Cowana Ti prokaacutezali existenci elektronovyacutech antineutrin z jadernyacutech reaktorech tiacutem že pozorovali důsledky jejich sraacutežek s protony v procesu

e p e n 21042023 19Gymnaacutezium Jan Keplera

Produkce energie ve hvězdaacutech

Na jaře roku 1938 se rozpracovaacuteniacutem Eddingtonovy myšlenky začal zabyacutevat německyacute teoretik Hans Bethe Bylo mu sice jen 32 let ale byl na tento uacutekol ze všech tehdejšiacutech fyziků nejleacutepe připraven A již na podzim 1938 dokončil svoji zaacutekladniacute praacuteci

Kromě skutečnosti že v praacuteci popsanyacutech procesech chybiacute neutrino vystihl Bethe podstatu procesů dokonale 21042023 20Gymnaacutezium Jan Keplera

Trpělivost růže přinaacutešiacuteV polovině 50 let přišel mladyacute americkyacute chemik Raymond Davis s myšlenkou změřit tok slunečniacutech neutrin metodou navrženou Brunem Pontecorvo Ta byla založena na reakci

Technickeacute realizaci teacuteto metody Ray zasvětil Davis celyacute život Jeho prvniacute aparatura byla umiacutestěna v opuštěneacutem dole na vaacutepe-nec a jejiacutem srdcem byla naacutedrž na 4000 litrů perchloretylenu Počaacutetkem 60 let Davis ziacuteskal prostředky na stavbu stokraacutet většiacuteho zařiacutezeniacute jež bylo uvedeno do provozu v roce 1964 asi 1800 metrů pod zemiacute v dole na zlato v Homestake

37 37e Cl Ar e

37Cl e

21042023 21Gymnaacutezium Jan Keplera

Snad trocha (velkyacutech a přibližnyacutech) čiacutesel nikoho nezabije Viacuteme že ze Slunce přichaacuteziacute na čtverečniacute centimetr za vteřinu

60 miliard neutrin (62x106)Davisův detektor měl objem

400 krychlovyacutech metrů dopadlo do něj za vteřinu

30 milionů miliard neutrin (30x1015)tj za rok (31 milionů vteřin) celkem

milion miliard miliard neutrin (1024)z nichž v Davisově detektoru interagovalo s neutrony

jen 100 v přiacutepadě člověka (100 kg) to odpoviacutedaacute

1 interagujiacuteciacutemu neutrinu za 40 let

21042023 22Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 23Gymnaacutezium Jan Keplera

Davisův uacutekol byl ovšem daleko složitějšiacute než přiacuteslovečneacute hledaacuteniacute jehly v kupce sena Počet přiacutepadů čiacutetal typicky dva za tyacuteden a protože poločas rozpadu argonu je 35 dniacute bylo z detektoru speciaacutelniacute chemickou procedurou odvaacuteděno každeacute dva měsiacutece 10-20 atomů argonu přitom v 400 tunaacutech perchloretylenu je asi 40 tisiacutec miliard miliard miliard (40x1030) molekul

Hodně velkaacute kupka sena

Za 30 let zaznamenal Davis asi 2200 přiacutepadů produkce argonu Tento počet odpoviacutedal toku slunečniacutech neutrin 256plusmn03 solaacuterniacutech jednotek (SNU) Předpověď standardniacuteho modelu Slunce byla třikraacutet většiacute 76plusmn13 SNU 21042023 24Gymnaacutezium Jan Keplera

Vyřešeniacute probleacutemu solaacuterniacutech neutrin

Fyzikaacutelniacute neutrina daneacute bdquovůněldquo tj νe νμντ

jsou směsi stavů ν1 ν2ν3 s nenulovyacutemi hmotnostmi

chovajiacute se podobně jako chameleoni neboť

během pohybu měniacute svou bdquovůnildquo

Tomuto ryze kvantoveacutemu efektu se řiacutekaacute bdquooscilace neutrinldquo

Pokud se elektronoveacute neutrino během letu z nitra Slunce změniacute na mionoveacute či tauonoveacute neurino detektory Davise a Koshiby ho nemohli zachytit 21042023 25Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho elektronoveacuteho neutrina

Oscilace zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti kde ji měřiacuteme a energii neutrina21042023 26Gymnaacutezium Jan Keplera

Postavena za uacutečelem detekce oscilace

Neutrina v Opeře

21042023 27Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho mionoveacuteho neutrina

21042023 28Gymnaacutezium Jan Keplera

Neu2012 27-28 Sept 2010 CERNEdda Gschwendtner CERN 29

CERN PS

SPS

LHC

CNGS

Lake Geneva

CERN Accelerator Complex

21042023 29Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 30Gymnaacutezium Jan Keplera

producemuon-neutrinos

measuretau-neutrinos

CERN

Gra

n Sa

sso

732km

~41019 pyear ~21019 year ~2 year (~11017 year)

Bilance experimentu od počaacutetku roku 2009 bylo

ze 100 miliard miliard protonů (1020) v CERN vyrobeno

50 miliard miliard mionovyacutech neutrin (5x1019) z nichž jich do detektoru OPERA dopadla

setina (5x1017) v něm interagovalo cca deset tisiacutec z nich bylo jedineacute hledaneacute tauonoveacute neutrino

Praacutevě ty bdquoneužitečneacuteldquo přiacutepady interakce neoscilujiacuteciacuteho mionoveacuteho neutrina byly použity pro měřeniacute jeho rychlosti21042023 31Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

Toho sice nezajiacutemali neutri-na ze Slunce ale počaacutetkem 80 let minuleacuteho stoletiacute se rozhodl prověřit odvaacutežnou předpověď určiteacute třiacutedy teoriiacute ktereacute se snažiacute sjednotit růz-typy sil že

proton neniacute stabilniacute

Masatoshi Koshiba

K tomu postavil detektor v dole na zinek u japonskeacuteho města Kamioka a od roku 1982 čekaacute až se v něm nějakyacute proton rozpad-ne Zatiacutem se nedočkal ale jeho snaha nebyla marnaacute neboť

jeho detektor zachytil a přesně proměřil tok slunečniacutech neutrin

Jeho měřeniacute potvrdila Davisovy vyacutesledky ale kromě toho takeacute

prokaacutezala existenci pozoruhodneacuteho jevu oscilace neutrin

jenž hraje pro pochopeniacute deficitu slunečniacutech neutrin kliacutečovou roli

jeho detektor zachytil a přesně proměřil tok slunečniacutech neutrin

prokaacutezala existenci pozoruhodneacuteho jevu oscilace neutrin

21042023 12Gymnaacutezium Jan Keplera

1321042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

14

sources of rsquo s

Nuclear Reactors few MeV

Human Body = 340 x 106 day

Earthrsquos Radioactivity 6 x 106 cm2s

The Sun6 x 1010 cm2s

The Big Bang = 330 cm3

SN198720 rsquos

Atmospheric rsquos1 cm2s

- -

_Accelerators

E 03 ndash 30 GeV

zdroje neutrin

Slunce

velkyacute třesk

lidskeacute těloatmosferickaacute neutrina

jaderneacute reaktory

pozemskaacute radioaktivita

urychlovače

SN198720 rsquos

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

Jak dlouho sviacutetiacute Slunce a kde k tomu bere energiiOtaacutezky z čeho ziacuteskaacutevajiacute hvězdy energii pro zaacuteřeniacute a jak dlouho Slunce sviacutetiacute si lideacute začali klaacutest zhruba v polovině 19 stoletiacute a to v souvislosti z objevem zaacutekona zachovaacuteniacute energie

Helmholtz hvězdy ziacuteskaacutevajiacute energii

přeměnou gravitačniacute energie na teplo

Darwin na zaacutekladě uacutevah o rychlosti eroze jednoho uacutedoliacute v Jižniacute Anglii odhadl staacuteřiacute Slunce na zhruba 300 milioacutenů let To byla doba dostatečně dlouhaacute pro vyacutevoj druhů přirozenou selekciacute jak ho Darwin formuloval ve sveacute klasickeacute praacuteci O původu druhů

Kelvin došel na zaacutekladě uacutevah o gravitačniacute kontrakci Slunce k čiacuteslu asi desetkraacutet menšiacutemu čiacutemž a vzbudil v Darwinovi pochybnosti o spraacutevnosti jeho hypoteacutezy přirozeneacute selekce druhů Jak dnes viacuteme pravdu měl Darwin ne Kelvin

21042023 15Gymnaacutezium Jan Keplera

1896 H Becquerel objevil spontaacutenniacute radioaktivitu uranu Od počaacutetku bylo jasneacute že zaacuteřeniacute je tvořeno elektricky nabityacutemi čaacutesticemi a že maacute dvě složky α a β

1903 Pierre Curie raacutedium nepřetržitě vyzařuje teplo a přitom se neochlazuje Kraacutetce se zdaacutelo že přirozenaacute radioaktivita by mohla byacutet zdrojem energie pro Slunce ale astronomoveacute brzy ukaacutezali že Slunce je tvořeno převaacutežně plynnyacutem vodiacutekem a radioaktivniacuteho materiaacutelu je tam velmi maacutelo 1905 Rozhodujiacuteciacute okamžik ve vyacutevoji představ jak Slunce sviacutetiacute přinesla Einsteinova teorie relativity Proslulaacute formule

zobecňuje zaacutekon zachovaacuteniacute energie zahrnutiacutem možnosti přeměnit klidovou hmotnost na kinetickou energii a naopak

2mcE

21042023 16Gymnaacutezium Jan Keplera

Přeměna i jen maleacute čaacutesti klidoveacute hmotnosti jader na kinetickou energii tak otevřela možnost ziacuteskat obrovskeacute množstviacute energie

F Aston v roce 1920 zjistil že čtyři jaacutedra vodiacuteku jsou dohromady asi o 07 těžšiacute než jaacutedro heacutelia Kliacuteč k pochopeniacute mechanismu produkce energie ve Slunci byl na světě

Anglickyacute astronom Arthur Eddington teacutehož roku ukaacutezal žepřeměna vodiacuteku na heacutelium může poskytnout dostatek energie na to aby Slunce sviacutetilo asi 100 miliard let

4 protony rarr Helium + 2 pozitrony (+ 2 elektronovaacute neutrina)

Zjednodušenaacute zaacutekladniacute reakce

21042023 17Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 18Gymnaacutezium Jan Keplera

Skutečnost že v β-rozpadu neutronu neutronrarrproton+elektron

vznikaacute kromě elektronu ještě dalšiacute čaacutestice netušil tehdy nikdo a trvalo 17 let než to začalo byacutet fyzikům podezřeleacute

1914 J Chadwick ukaacutezal že spektrum energiiacute elektronů v β-rozpadu je spojiteacute Tento fakt podle Bohra znamenal že

v mikrosvětě se energie v jednotlivyacutech přiacutepadech nezachovaacutevaacute

Toto bdquořešeniacuteldquo odmiacutetal Pauli a pro vysvětleniacute spojiteacuteho spektra postuloval existenci noveacute čaacutestice kterou nazval bdquoneutronldquo Trvalo čtvrt stoletiacute než byla Pauliho hypoteacuteza neutrina v roce 1955 potvrzena experimenty Reinese a Cowana Ti prokaacutezali existenci elektronovyacutech antineutrin z jadernyacutech reaktorech tiacutem že pozorovali důsledky jejich sraacutežek s protony v procesu

e p e n 21042023 19Gymnaacutezium Jan Keplera

Produkce energie ve hvězdaacutech

Na jaře roku 1938 se rozpracovaacuteniacutem Eddingtonovy myšlenky začal zabyacutevat německyacute teoretik Hans Bethe Bylo mu sice jen 32 let ale byl na tento uacutekol ze všech tehdejšiacutech fyziků nejleacutepe připraven A již na podzim 1938 dokončil svoji zaacutekladniacute praacuteci

Kromě skutečnosti že v praacuteci popsanyacutech procesech chybiacute neutrino vystihl Bethe podstatu procesů dokonale 21042023 20Gymnaacutezium Jan Keplera

Trpělivost růže přinaacutešiacuteV polovině 50 let přišel mladyacute americkyacute chemik Raymond Davis s myšlenkou změřit tok slunečniacutech neutrin metodou navrženou Brunem Pontecorvo Ta byla založena na reakci

Technickeacute realizaci teacuteto metody Ray zasvětil Davis celyacute život Jeho prvniacute aparatura byla umiacutestěna v opuštěneacutem dole na vaacutepe-nec a jejiacutem srdcem byla naacutedrž na 4000 litrů perchloretylenu Počaacutetkem 60 let Davis ziacuteskal prostředky na stavbu stokraacutet většiacuteho zařiacutezeniacute jež bylo uvedeno do provozu v roce 1964 asi 1800 metrů pod zemiacute v dole na zlato v Homestake

37 37e Cl Ar e

37Cl e

21042023 21Gymnaacutezium Jan Keplera

Snad trocha (velkyacutech a přibližnyacutech) čiacutesel nikoho nezabije Viacuteme že ze Slunce přichaacuteziacute na čtverečniacute centimetr za vteřinu

60 miliard neutrin (62x106)Davisův detektor měl objem

400 krychlovyacutech metrů dopadlo do něj za vteřinu

30 milionů miliard neutrin (30x1015)tj za rok (31 milionů vteřin) celkem

milion miliard miliard neutrin (1024)z nichž v Davisově detektoru interagovalo s neutrony

jen 100 v přiacutepadě člověka (100 kg) to odpoviacutedaacute

1 interagujiacuteciacutemu neutrinu za 40 let

21042023 22Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 23Gymnaacutezium Jan Keplera

Davisův uacutekol byl ovšem daleko složitějšiacute než přiacuteslovečneacute hledaacuteniacute jehly v kupce sena Počet přiacutepadů čiacutetal typicky dva za tyacuteden a protože poločas rozpadu argonu je 35 dniacute bylo z detektoru speciaacutelniacute chemickou procedurou odvaacuteděno každeacute dva měsiacutece 10-20 atomů argonu přitom v 400 tunaacutech perchloretylenu je asi 40 tisiacutec miliard miliard miliard (40x1030) molekul

Hodně velkaacute kupka sena

Za 30 let zaznamenal Davis asi 2200 přiacutepadů produkce argonu Tento počet odpoviacutedal toku slunečniacutech neutrin 256plusmn03 solaacuterniacutech jednotek (SNU) Předpověď standardniacuteho modelu Slunce byla třikraacutet většiacute 76plusmn13 SNU 21042023 24Gymnaacutezium Jan Keplera

Vyřešeniacute probleacutemu solaacuterniacutech neutrin

Fyzikaacutelniacute neutrina daneacute bdquovůněldquo tj νe νμντ

jsou směsi stavů ν1 ν2ν3 s nenulovyacutemi hmotnostmi

chovajiacute se podobně jako chameleoni neboť

během pohybu měniacute svou bdquovůnildquo

Tomuto ryze kvantoveacutemu efektu se řiacutekaacute bdquooscilace neutrinldquo

Pokud se elektronoveacute neutrino během letu z nitra Slunce změniacute na mionoveacute či tauonoveacute neurino detektory Davise a Koshiby ho nemohli zachytit 21042023 25Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho elektronoveacuteho neutrina

Oscilace zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti kde ji měřiacuteme a energii neutrina21042023 26Gymnaacutezium Jan Keplera

Postavena za uacutečelem detekce oscilace

Neutrina v Opeře

21042023 27Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho mionoveacuteho neutrina

21042023 28Gymnaacutezium Jan Keplera

Neu2012 27-28 Sept 2010 CERNEdda Gschwendtner CERN 29

CERN PS

SPS

LHC

CNGS

Lake Geneva

CERN Accelerator Complex

21042023 29Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 30Gymnaacutezium Jan Keplera

producemuon-neutrinos

measuretau-neutrinos

CERN

Gra

n Sa

sso

732km

~41019 pyear ~21019 year ~2 year (~11017 year)

Bilance experimentu od počaacutetku roku 2009 bylo

ze 100 miliard miliard protonů (1020) v CERN vyrobeno

50 miliard miliard mionovyacutech neutrin (5x1019) z nichž jich do detektoru OPERA dopadla

setina (5x1017) v něm interagovalo cca deset tisiacutec z nich bylo jedineacute hledaneacute tauonoveacute neutrino

Praacutevě ty bdquoneužitečneacuteldquo přiacutepady interakce neoscilujiacuteciacuteho mionoveacuteho neutrina byly použity pro měřeniacute jeho rychlosti21042023 31Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

1321042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

14

sources of rsquo s

Nuclear Reactors few MeV

Human Body = 340 x 106 day

Earthrsquos Radioactivity 6 x 106 cm2s

The Sun6 x 1010 cm2s

The Big Bang = 330 cm3

SN198720 rsquos

Atmospheric rsquos1 cm2s

- -

_Accelerators

E 03 ndash 30 GeV

zdroje neutrin

Slunce

velkyacute třesk

lidskeacute těloatmosferickaacute neutrina

jaderneacute reaktory

pozemskaacute radioaktivita

urychlovače

SN198720 rsquos

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

Jak dlouho sviacutetiacute Slunce a kde k tomu bere energiiOtaacutezky z čeho ziacuteskaacutevajiacute hvězdy energii pro zaacuteřeniacute a jak dlouho Slunce sviacutetiacute si lideacute začali klaacutest zhruba v polovině 19 stoletiacute a to v souvislosti z objevem zaacutekona zachovaacuteniacute energie

Helmholtz hvězdy ziacuteskaacutevajiacute energii

přeměnou gravitačniacute energie na teplo

Darwin na zaacutekladě uacutevah o rychlosti eroze jednoho uacutedoliacute v Jižniacute Anglii odhadl staacuteřiacute Slunce na zhruba 300 milioacutenů let To byla doba dostatečně dlouhaacute pro vyacutevoj druhů přirozenou selekciacute jak ho Darwin formuloval ve sveacute klasickeacute praacuteci O původu druhů

Kelvin došel na zaacutekladě uacutevah o gravitačniacute kontrakci Slunce k čiacuteslu asi desetkraacutet menšiacutemu čiacutemž a vzbudil v Darwinovi pochybnosti o spraacutevnosti jeho hypoteacutezy přirozeneacute selekce druhů Jak dnes viacuteme pravdu měl Darwin ne Kelvin

21042023 15Gymnaacutezium Jan Keplera

1896 H Becquerel objevil spontaacutenniacute radioaktivitu uranu Od počaacutetku bylo jasneacute že zaacuteřeniacute je tvořeno elektricky nabityacutemi čaacutesticemi a že maacute dvě složky α a β

1903 Pierre Curie raacutedium nepřetržitě vyzařuje teplo a přitom se neochlazuje Kraacutetce se zdaacutelo že přirozenaacute radioaktivita by mohla byacutet zdrojem energie pro Slunce ale astronomoveacute brzy ukaacutezali že Slunce je tvořeno převaacutežně plynnyacutem vodiacutekem a radioaktivniacuteho materiaacutelu je tam velmi maacutelo 1905 Rozhodujiacuteciacute okamžik ve vyacutevoji představ jak Slunce sviacutetiacute přinesla Einsteinova teorie relativity Proslulaacute formule

zobecňuje zaacutekon zachovaacuteniacute energie zahrnutiacutem možnosti přeměnit klidovou hmotnost na kinetickou energii a naopak

2mcE

21042023 16Gymnaacutezium Jan Keplera

Přeměna i jen maleacute čaacutesti klidoveacute hmotnosti jader na kinetickou energii tak otevřela možnost ziacuteskat obrovskeacute množstviacute energie

F Aston v roce 1920 zjistil že čtyři jaacutedra vodiacuteku jsou dohromady asi o 07 těžšiacute než jaacutedro heacutelia Kliacuteč k pochopeniacute mechanismu produkce energie ve Slunci byl na světě

Anglickyacute astronom Arthur Eddington teacutehož roku ukaacutezal žepřeměna vodiacuteku na heacutelium může poskytnout dostatek energie na to aby Slunce sviacutetilo asi 100 miliard let

4 protony rarr Helium + 2 pozitrony (+ 2 elektronovaacute neutrina)

Zjednodušenaacute zaacutekladniacute reakce

21042023 17Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 18Gymnaacutezium Jan Keplera

Skutečnost že v β-rozpadu neutronu neutronrarrproton+elektron

vznikaacute kromě elektronu ještě dalšiacute čaacutestice netušil tehdy nikdo a trvalo 17 let než to začalo byacutet fyzikům podezřeleacute

1914 J Chadwick ukaacutezal že spektrum energiiacute elektronů v β-rozpadu je spojiteacute Tento fakt podle Bohra znamenal že

v mikrosvětě se energie v jednotlivyacutech přiacutepadech nezachovaacutevaacute

Toto bdquořešeniacuteldquo odmiacutetal Pauli a pro vysvětleniacute spojiteacuteho spektra postuloval existenci noveacute čaacutestice kterou nazval bdquoneutronldquo Trvalo čtvrt stoletiacute než byla Pauliho hypoteacuteza neutrina v roce 1955 potvrzena experimenty Reinese a Cowana Ti prokaacutezali existenci elektronovyacutech antineutrin z jadernyacutech reaktorech tiacutem že pozorovali důsledky jejich sraacutežek s protony v procesu

e p e n 21042023 19Gymnaacutezium Jan Keplera

Produkce energie ve hvězdaacutech

Na jaře roku 1938 se rozpracovaacuteniacutem Eddingtonovy myšlenky začal zabyacutevat německyacute teoretik Hans Bethe Bylo mu sice jen 32 let ale byl na tento uacutekol ze všech tehdejšiacutech fyziků nejleacutepe připraven A již na podzim 1938 dokončil svoji zaacutekladniacute praacuteci

Kromě skutečnosti že v praacuteci popsanyacutech procesech chybiacute neutrino vystihl Bethe podstatu procesů dokonale 21042023 20Gymnaacutezium Jan Keplera

Trpělivost růže přinaacutešiacuteV polovině 50 let přišel mladyacute americkyacute chemik Raymond Davis s myšlenkou změřit tok slunečniacutech neutrin metodou navrženou Brunem Pontecorvo Ta byla založena na reakci

Technickeacute realizaci teacuteto metody Ray zasvětil Davis celyacute život Jeho prvniacute aparatura byla umiacutestěna v opuštěneacutem dole na vaacutepe-nec a jejiacutem srdcem byla naacutedrž na 4000 litrů perchloretylenu Počaacutetkem 60 let Davis ziacuteskal prostředky na stavbu stokraacutet většiacuteho zařiacutezeniacute jež bylo uvedeno do provozu v roce 1964 asi 1800 metrů pod zemiacute v dole na zlato v Homestake

37 37e Cl Ar e

37Cl e

21042023 21Gymnaacutezium Jan Keplera

Snad trocha (velkyacutech a přibližnyacutech) čiacutesel nikoho nezabije Viacuteme že ze Slunce přichaacuteziacute na čtverečniacute centimetr za vteřinu

60 miliard neutrin (62x106)Davisův detektor měl objem

400 krychlovyacutech metrů dopadlo do něj za vteřinu

30 milionů miliard neutrin (30x1015)tj za rok (31 milionů vteřin) celkem

milion miliard miliard neutrin (1024)z nichž v Davisově detektoru interagovalo s neutrony

jen 100 v přiacutepadě člověka (100 kg) to odpoviacutedaacute

1 interagujiacuteciacutemu neutrinu za 40 let

21042023 22Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 23Gymnaacutezium Jan Keplera

Davisův uacutekol byl ovšem daleko složitějšiacute než přiacuteslovečneacute hledaacuteniacute jehly v kupce sena Počet přiacutepadů čiacutetal typicky dva za tyacuteden a protože poločas rozpadu argonu je 35 dniacute bylo z detektoru speciaacutelniacute chemickou procedurou odvaacuteděno každeacute dva měsiacutece 10-20 atomů argonu přitom v 400 tunaacutech perchloretylenu je asi 40 tisiacutec miliard miliard miliard (40x1030) molekul

Hodně velkaacute kupka sena

Za 30 let zaznamenal Davis asi 2200 přiacutepadů produkce argonu Tento počet odpoviacutedal toku slunečniacutech neutrin 256plusmn03 solaacuterniacutech jednotek (SNU) Předpověď standardniacuteho modelu Slunce byla třikraacutet většiacute 76plusmn13 SNU 21042023 24Gymnaacutezium Jan Keplera

Vyřešeniacute probleacutemu solaacuterniacutech neutrin

Fyzikaacutelniacute neutrina daneacute bdquovůněldquo tj νe νμντ

jsou směsi stavů ν1 ν2ν3 s nenulovyacutemi hmotnostmi

chovajiacute se podobně jako chameleoni neboť

během pohybu měniacute svou bdquovůnildquo

Tomuto ryze kvantoveacutemu efektu se řiacutekaacute bdquooscilace neutrinldquo

Pokud se elektronoveacute neutrino během letu z nitra Slunce změniacute na mionoveacute či tauonoveacute neurino detektory Davise a Koshiby ho nemohli zachytit 21042023 25Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho elektronoveacuteho neutrina

Oscilace zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti kde ji měřiacuteme a energii neutrina21042023 26Gymnaacutezium Jan Keplera

Postavena za uacutečelem detekce oscilace

Neutrina v Opeře

21042023 27Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho mionoveacuteho neutrina

21042023 28Gymnaacutezium Jan Keplera

Neu2012 27-28 Sept 2010 CERNEdda Gschwendtner CERN 29

CERN PS

SPS

LHC

CNGS

Lake Geneva

CERN Accelerator Complex

21042023 29Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 30Gymnaacutezium Jan Keplera

producemuon-neutrinos

measuretau-neutrinos

CERN

Gra

n Sa

sso

732km

~41019 pyear ~21019 year ~2 year (~11017 year)

Bilance experimentu od počaacutetku roku 2009 bylo

ze 100 miliard miliard protonů (1020) v CERN vyrobeno

50 miliard miliard mionovyacutech neutrin (5x1019) z nichž jich do detektoru OPERA dopadla

setina (5x1017) v něm interagovalo cca deset tisiacutec z nich bylo jedineacute hledaneacute tauonoveacute neutrino

Praacutevě ty bdquoneužitečneacuteldquo přiacutepady interakce neoscilujiacuteciacuteho mionoveacuteho neutrina byly použity pro měřeniacute jeho rychlosti21042023 31Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

14

sources of rsquo s

Nuclear Reactors few MeV

Human Body = 340 x 106 day

Earthrsquos Radioactivity 6 x 106 cm2s

The Sun6 x 1010 cm2s

The Big Bang = 330 cm3

SN198720 rsquos

Atmospheric rsquos1 cm2s

- -

_Accelerators

E 03 ndash 30 GeV

zdroje neutrin

Slunce

velkyacute třesk

lidskeacute těloatmosferickaacute neutrina

jaderneacute reaktory

pozemskaacute radioaktivita

urychlovače

SN198720 rsquos

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

Jak dlouho sviacutetiacute Slunce a kde k tomu bere energiiOtaacutezky z čeho ziacuteskaacutevajiacute hvězdy energii pro zaacuteřeniacute a jak dlouho Slunce sviacutetiacute si lideacute začali klaacutest zhruba v polovině 19 stoletiacute a to v souvislosti z objevem zaacutekona zachovaacuteniacute energie

Helmholtz hvězdy ziacuteskaacutevajiacute energii

přeměnou gravitačniacute energie na teplo

Darwin na zaacutekladě uacutevah o rychlosti eroze jednoho uacutedoliacute v Jižniacute Anglii odhadl staacuteřiacute Slunce na zhruba 300 milioacutenů let To byla doba dostatečně dlouhaacute pro vyacutevoj druhů přirozenou selekciacute jak ho Darwin formuloval ve sveacute klasickeacute praacuteci O původu druhů

Kelvin došel na zaacutekladě uacutevah o gravitačniacute kontrakci Slunce k čiacuteslu asi desetkraacutet menšiacutemu čiacutemž a vzbudil v Darwinovi pochybnosti o spraacutevnosti jeho hypoteacutezy přirozeneacute selekce druhů Jak dnes viacuteme pravdu měl Darwin ne Kelvin

21042023 15Gymnaacutezium Jan Keplera

1896 H Becquerel objevil spontaacutenniacute radioaktivitu uranu Od počaacutetku bylo jasneacute že zaacuteřeniacute je tvořeno elektricky nabityacutemi čaacutesticemi a že maacute dvě složky α a β

1903 Pierre Curie raacutedium nepřetržitě vyzařuje teplo a přitom se neochlazuje Kraacutetce se zdaacutelo že přirozenaacute radioaktivita by mohla byacutet zdrojem energie pro Slunce ale astronomoveacute brzy ukaacutezali že Slunce je tvořeno převaacutežně plynnyacutem vodiacutekem a radioaktivniacuteho materiaacutelu je tam velmi maacutelo 1905 Rozhodujiacuteciacute okamžik ve vyacutevoji představ jak Slunce sviacutetiacute přinesla Einsteinova teorie relativity Proslulaacute formule

zobecňuje zaacutekon zachovaacuteniacute energie zahrnutiacutem možnosti přeměnit klidovou hmotnost na kinetickou energii a naopak

2mcE

21042023 16Gymnaacutezium Jan Keplera

Přeměna i jen maleacute čaacutesti klidoveacute hmotnosti jader na kinetickou energii tak otevřela možnost ziacuteskat obrovskeacute množstviacute energie

F Aston v roce 1920 zjistil že čtyři jaacutedra vodiacuteku jsou dohromady asi o 07 těžšiacute než jaacutedro heacutelia Kliacuteč k pochopeniacute mechanismu produkce energie ve Slunci byl na světě

Anglickyacute astronom Arthur Eddington teacutehož roku ukaacutezal žepřeměna vodiacuteku na heacutelium může poskytnout dostatek energie na to aby Slunce sviacutetilo asi 100 miliard let

4 protony rarr Helium + 2 pozitrony (+ 2 elektronovaacute neutrina)

Zjednodušenaacute zaacutekladniacute reakce

21042023 17Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 18Gymnaacutezium Jan Keplera

Skutečnost že v β-rozpadu neutronu neutronrarrproton+elektron

vznikaacute kromě elektronu ještě dalšiacute čaacutestice netušil tehdy nikdo a trvalo 17 let než to začalo byacutet fyzikům podezřeleacute

1914 J Chadwick ukaacutezal že spektrum energiiacute elektronů v β-rozpadu je spojiteacute Tento fakt podle Bohra znamenal že

v mikrosvětě se energie v jednotlivyacutech přiacutepadech nezachovaacutevaacute

Toto bdquořešeniacuteldquo odmiacutetal Pauli a pro vysvětleniacute spojiteacuteho spektra postuloval existenci noveacute čaacutestice kterou nazval bdquoneutronldquo Trvalo čtvrt stoletiacute než byla Pauliho hypoteacuteza neutrina v roce 1955 potvrzena experimenty Reinese a Cowana Ti prokaacutezali existenci elektronovyacutech antineutrin z jadernyacutech reaktorech tiacutem že pozorovali důsledky jejich sraacutežek s protony v procesu

e p e n 21042023 19Gymnaacutezium Jan Keplera

Produkce energie ve hvězdaacutech

Na jaře roku 1938 se rozpracovaacuteniacutem Eddingtonovy myšlenky začal zabyacutevat německyacute teoretik Hans Bethe Bylo mu sice jen 32 let ale byl na tento uacutekol ze všech tehdejšiacutech fyziků nejleacutepe připraven A již na podzim 1938 dokončil svoji zaacutekladniacute praacuteci

Kromě skutečnosti že v praacuteci popsanyacutech procesech chybiacute neutrino vystihl Bethe podstatu procesů dokonale 21042023 20Gymnaacutezium Jan Keplera

Trpělivost růže přinaacutešiacuteV polovině 50 let přišel mladyacute americkyacute chemik Raymond Davis s myšlenkou změřit tok slunečniacutech neutrin metodou navrženou Brunem Pontecorvo Ta byla založena na reakci

Technickeacute realizaci teacuteto metody Ray zasvětil Davis celyacute život Jeho prvniacute aparatura byla umiacutestěna v opuštěneacutem dole na vaacutepe-nec a jejiacutem srdcem byla naacutedrž na 4000 litrů perchloretylenu Počaacutetkem 60 let Davis ziacuteskal prostředky na stavbu stokraacutet většiacuteho zařiacutezeniacute jež bylo uvedeno do provozu v roce 1964 asi 1800 metrů pod zemiacute v dole na zlato v Homestake

37 37e Cl Ar e

37Cl e

21042023 21Gymnaacutezium Jan Keplera

Snad trocha (velkyacutech a přibližnyacutech) čiacutesel nikoho nezabije Viacuteme že ze Slunce přichaacuteziacute na čtverečniacute centimetr za vteřinu

60 miliard neutrin (62x106)Davisův detektor měl objem

400 krychlovyacutech metrů dopadlo do něj za vteřinu

30 milionů miliard neutrin (30x1015)tj za rok (31 milionů vteřin) celkem

milion miliard miliard neutrin (1024)z nichž v Davisově detektoru interagovalo s neutrony

jen 100 v přiacutepadě člověka (100 kg) to odpoviacutedaacute

1 interagujiacuteciacutemu neutrinu za 40 let

21042023 22Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 23Gymnaacutezium Jan Keplera

Davisův uacutekol byl ovšem daleko složitějšiacute než přiacuteslovečneacute hledaacuteniacute jehly v kupce sena Počet přiacutepadů čiacutetal typicky dva za tyacuteden a protože poločas rozpadu argonu je 35 dniacute bylo z detektoru speciaacutelniacute chemickou procedurou odvaacuteděno každeacute dva měsiacutece 10-20 atomů argonu přitom v 400 tunaacutech perchloretylenu je asi 40 tisiacutec miliard miliard miliard (40x1030) molekul

Hodně velkaacute kupka sena

Za 30 let zaznamenal Davis asi 2200 přiacutepadů produkce argonu Tento počet odpoviacutedal toku slunečniacutech neutrin 256plusmn03 solaacuterniacutech jednotek (SNU) Předpověď standardniacuteho modelu Slunce byla třikraacutet většiacute 76plusmn13 SNU 21042023 24Gymnaacutezium Jan Keplera

Vyřešeniacute probleacutemu solaacuterniacutech neutrin

Fyzikaacutelniacute neutrina daneacute bdquovůněldquo tj νe νμντ

jsou směsi stavů ν1 ν2ν3 s nenulovyacutemi hmotnostmi

chovajiacute se podobně jako chameleoni neboť

během pohybu měniacute svou bdquovůnildquo

Tomuto ryze kvantoveacutemu efektu se řiacutekaacute bdquooscilace neutrinldquo

Pokud se elektronoveacute neutrino během letu z nitra Slunce změniacute na mionoveacute či tauonoveacute neurino detektory Davise a Koshiby ho nemohli zachytit 21042023 25Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho elektronoveacuteho neutrina

Oscilace zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti kde ji měřiacuteme a energii neutrina21042023 26Gymnaacutezium Jan Keplera

Postavena za uacutečelem detekce oscilace

Neutrina v Opeře

21042023 27Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho mionoveacuteho neutrina

21042023 28Gymnaacutezium Jan Keplera

Neu2012 27-28 Sept 2010 CERNEdda Gschwendtner CERN 29

CERN PS

SPS

LHC

CNGS

Lake Geneva

CERN Accelerator Complex

21042023 29Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 30Gymnaacutezium Jan Keplera

producemuon-neutrinos

measuretau-neutrinos

CERN

Gra

n Sa

sso

732km

~41019 pyear ~21019 year ~2 year (~11017 year)

Bilance experimentu od počaacutetku roku 2009 bylo

ze 100 miliard miliard protonů (1020) v CERN vyrobeno

50 miliard miliard mionovyacutech neutrin (5x1019) z nichž jich do detektoru OPERA dopadla

setina (5x1017) v něm interagovalo cca deset tisiacutec z nich bylo jedineacute hledaneacute tauonoveacute neutrino

Praacutevě ty bdquoneužitečneacuteldquo přiacutepady interakce neoscilujiacuteciacuteho mionoveacuteho neutrina byly použity pro měřeniacute jeho rychlosti21042023 31Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

Jak dlouho sviacutetiacute Slunce a kde k tomu bere energiiOtaacutezky z čeho ziacuteskaacutevajiacute hvězdy energii pro zaacuteřeniacute a jak dlouho Slunce sviacutetiacute si lideacute začali klaacutest zhruba v polovině 19 stoletiacute a to v souvislosti z objevem zaacutekona zachovaacuteniacute energie

Helmholtz hvězdy ziacuteskaacutevajiacute energii

přeměnou gravitačniacute energie na teplo

Darwin na zaacutekladě uacutevah o rychlosti eroze jednoho uacutedoliacute v Jižniacute Anglii odhadl staacuteřiacute Slunce na zhruba 300 milioacutenů let To byla doba dostatečně dlouhaacute pro vyacutevoj druhů přirozenou selekciacute jak ho Darwin formuloval ve sveacute klasickeacute praacuteci O původu druhů

Kelvin došel na zaacutekladě uacutevah o gravitačniacute kontrakci Slunce k čiacuteslu asi desetkraacutet menšiacutemu čiacutemž a vzbudil v Darwinovi pochybnosti o spraacutevnosti jeho hypoteacutezy přirozeneacute selekce druhů Jak dnes viacuteme pravdu měl Darwin ne Kelvin

21042023 15Gymnaacutezium Jan Keplera

1896 H Becquerel objevil spontaacutenniacute radioaktivitu uranu Od počaacutetku bylo jasneacute že zaacuteřeniacute je tvořeno elektricky nabityacutemi čaacutesticemi a že maacute dvě složky α a β

1903 Pierre Curie raacutedium nepřetržitě vyzařuje teplo a přitom se neochlazuje Kraacutetce se zdaacutelo že přirozenaacute radioaktivita by mohla byacutet zdrojem energie pro Slunce ale astronomoveacute brzy ukaacutezali že Slunce je tvořeno převaacutežně plynnyacutem vodiacutekem a radioaktivniacuteho materiaacutelu je tam velmi maacutelo 1905 Rozhodujiacuteciacute okamžik ve vyacutevoji představ jak Slunce sviacutetiacute přinesla Einsteinova teorie relativity Proslulaacute formule

zobecňuje zaacutekon zachovaacuteniacute energie zahrnutiacutem možnosti přeměnit klidovou hmotnost na kinetickou energii a naopak

2mcE

21042023 16Gymnaacutezium Jan Keplera

Přeměna i jen maleacute čaacutesti klidoveacute hmotnosti jader na kinetickou energii tak otevřela možnost ziacuteskat obrovskeacute množstviacute energie

F Aston v roce 1920 zjistil že čtyři jaacutedra vodiacuteku jsou dohromady asi o 07 těžšiacute než jaacutedro heacutelia Kliacuteč k pochopeniacute mechanismu produkce energie ve Slunci byl na světě

Anglickyacute astronom Arthur Eddington teacutehož roku ukaacutezal žepřeměna vodiacuteku na heacutelium může poskytnout dostatek energie na to aby Slunce sviacutetilo asi 100 miliard let

4 protony rarr Helium + 2 pozitrony (+ 2 elektronovaacute neutrina)

Zjednodušenaacute zaacutekladniacute reakce

21042023 17Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 18Gymnaacutezium Jan Keplera

Skutečnost že v β-rozpadu neutronu neutronrarrproton+elektron

vznikaacute kromě elektronu ještě dalšiacute čaacutestice netušil tehdy nikdo a trvalo 17 let než to začalo byacutet fyzikům podezřeleacute

1914 J Chadwick ukaacutezal že spektrum energiiacute elektronů v β-rozpadu je spojiteacute Tento fakt podle Bohra znamenal že

v mikrosvětě se energie v jednotlivyacutech přiacutepadech nezachovaacutevaacute

Toto bdquořešeniacuteldquo odmiacutetal Pauli a pro vysvětleniacute spojiteacuteho spektra postuloval existenci noveacute čaacutestice kterou nazval bdquoneutronldquo Trvalo čtvrt stoletiacute než byla Pauliho hypoteacuteza neutrina v roce 1955 potvrzena experimenty Reinese a Cowana Ti prokaacutezali existenci elektronovyacutech antineutrin z jadernyacutech reaktorech tiacutem že pozorovali důsledky jejich sraacutežek s protony v procesu

e p e n 21042023 19Gymnaacutezium Jan Keplera

Produkce energie ve hvězdaacutech

Na jaře roku 1938 se rozpracovaacuteniacutem Eddingtonovy myšlenky začal zabyacutevat německyacute teoretik Hans Bethe Bylo mu sice jen 32 let ale byl na tento uacutekol ze všech tehdejšiacutech fyziků nejleacutepe připraven A již na podzim 1938 dokončil svoji zaacutekladniacute praacuteci

Kromě skutečnosti že v praacuteci popsanyacutech procesech chybiacute neutrino vystihl Bethe podstatu procesů dokonale 21042023 20Gymnaacutezium Jan Keplera

Trpělivost růže přinaacutešiacuteV polovině 50 let přišel mladyacute americkyacute chemik Raymond Davis s myšlenkou změřit tok slunečniacutech neutrin metodou navrženou Brunem Pontecorvo Ta byla založena na reakci

Technickeacute realizaci teacuteto metody Ray zasvětil Davis celyacute život Jeho prvniacute aparatura byla umiacutestěna v opuštěneacutem dole na vaacutepe-nec a jejiacutem srdcem byla naacutedrž na 4000 litrů perchloretylenu Počaacutetkem 60 let Davis ziacuteskal prostředky na stavbu stokraacutet většiacuteho zařiacutezeniacute jež bylo uvedeno do provozu v roce 1964 asi 1800 metrů pod zemiacute v dole na zlato v Homestake

37 37e Cl Ar e

37Cl e

21042023 21Gymnaacutezium Jan Keplera

Snad trocha (velkyacutech a přibližnyacutech) čiacutesel nikoho nezabije Viacuteme že ze Slunce přichaacuteziacute na čtverečniacute centimetr za vteřinu

60 miliard neutrin (62x106)Davisův detektor měl objem

400 krychlovyacutech metrů dopadlo do něj za vteřinu

30 milionů miliard neutrin (30x1015)tj za rok (31 milionů vteřin) celkem

milion miliard miliard neutrin (1024)z nichž v Davisově detektoru interagovalo s neutrony

jen 100 v přiacutepadě člověka (100 kg) to odpoviacutedaacute

1 interagujiacuteciacutemu neutrinu za 40 let

21042023 22Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 23Gymnaacutezium Jan Keplera

Davisův uacutekol byl ovšem daleko složitějšiacute než přiacuteslovečneacute hledaacuteniacute jehly v kupce sena Počet přiacutepadů čiacutetal typicky dva za tyacuteden a protože poločas rozpadu argonu je 35 dniacute bylo z detektoru speciaacutelniacute chemickou procedurou odvaacuteděno každeacute dva měsiacutece 10-20 atomů argonu přitom v 400 tunaacutech perchloretylenu je asi 40 tisiacutec miliard miliard miliard (40x1030) molekul

Hodně velkaacute kupka sena

Za 30 let zaznamenal Davis asi 2200 přiacutepadů produkce argonu Tento počet odpoviacutedal toku slunečniacutech neutrin 256plusmn03 solaacuterniacutech jednotek (SNU) Předpověď standardniacuteho modelu Slunce byla třikraacutet většiacute 76plusmn13 SNU 21042023 24Gymnaacutezium Jan Keplera

Vyřešeniacute probleacutemu solaacuterniacutech neutrin

Fyzikaacutelniacute neutrina daneacute bdquovůněldquo tj νe νμντ

jsou směsi stavů ν1 ν2ν3 s nenulovyacutemi hmotnostmi

chovajiacute se podobně jako chameleoni neboť

během pohybu měniacute svou bdquovůnildquo

Tomuto ryze kvantoveacutemu efektu se řiacutekaacute bdquooscilace neutrinldquo

Pokud se elektronoveacute neutrino během letu z nitra Slunce změniacute na mionoveacute či tauonoveacute neurino detektory Davise a Koshiby ho nemohli zachytit 21042023 25Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho elektronoveacuteho neutrina

Oscilace zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti kde ji měřiacuteme a energii neutrina21042023 26Gymnaacutezium Jan Keplera

Postavena za uacutečelem detekce oscilace

Neutrina v Opeře

21042023 27Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho mionoveacuteho neutrina

21042023 28Gymnaacutezium Jan Keplera

Neu2012 27-28 Sept 2010 CERNEdda Gschwendtner CERN 29

CERN PS

SPS

LHC

CNGS

Lake Geneva

CERN Accelerator Complex

21042023 29Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 30Gymnaacutezium Jan Keplera

producemuon-neutrinos

measuretau-neutrinos

CERN

Gra

n Sa

sso

732km

~41019 pyear ~21019 year ~2 year (~11017 year)

Bilance experimentu od počaacutetku roku 2009 bylo

ze 100 miliard miliard protonů (1020) v CERN vyrobeno

50 miliard miliard mionovyacutech neutrin (5x1019) z nichž jich do detektoru OPERA dopadla

setina (5x1017) v něm interagovalo cca deset tisiacutec z nich bylo jedineacute hledaneacute tauonoveacute neutrino

Praacutevě ty bdquoneužitečneacuteldquo přiacutepady interakce neoscilujiacuteciacuteho mionoveacuteho neutrina byly použity pro měřeniacute jeho rychlosti21042023 31Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

1896 H Becquerel objevil spontaacutenniacute radioaktivitu uranu Od počaacutetku bylo jasneacute že zaacuteřeniacute je tvořeno elektricky nabityacutemi čaacutesticemi a že maacute dvě složky α a β

1903 Pierre Curie raacutedium nepřetržitě vyzařuje teplo a přitom se neochlazuje Kraacutetce se zdaacutelo že přirozenaacute radioaktivita by mohla byacutet zdrojem energie pro Slunce ale astronomoveacute brzy ukaacutezali že Slunce je tvořeno převaacutežně plynnyacutem vodiacutekem a radioaktivniacuteho materiaacutelu je tam velmi maacutelo 1905 Rozhodujiacuteciacute okamžik ve vyacutevoji představ jak Slunce sviacutetiacute přinesla Einsteinova teorie relativity Proslulaacute formule

zobecňuje zaacutekon zachovaacuteniacute energie zahrnutiacutem možnosti přeměnit klidovou hmotnost na kinetickou energii a naopak

2mcE

21042023 16Gymnaacutezium Jan Keplera

Přeměna i jen maleacute čaacutesti klidoveacute hmotnosti jader na kinetickou energii tak otevřela možnost ziacuteskat obrovskeacute množstviacute energie

F Aston v roce 1920 zjistil že čtyři jaacutedra vodiacuteku jsou dohromady asi o 07 těžšiacute než jaacutedro heacutelia Kliacuteč k pochopeniacute mechanismu produkce energie ve Slunci byl na světě

Anglickyacute astronom Arthur Eddington teacutehož roku ukaacutezal žepřeměna vodiacuteku na heacutelium může poskytnout dostatek energie na to aby Slunce sviacutetilo asi 100 miliard let

4 protony rarr Helium + 2 pozitrony (+ 2 elektronovaacute neutrina)

Zjednodušenaacute zaacutekladniacute reakce

21042023 17Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 18Gymnaacutezium Jan Keplera

Skutečnost že v β-rozpadu neutronu neutronrarrproton+elektron

vznikaacute kromě elektronu ještě dalšiacute čaacutestice netušil tehdy nikdo a trvalo 17 let než to začalo byacutet fyzikům podezřeleacute

1914 J Chadwick ukaacutezal že spektrum energiiacute elektronů v β-rozpadu je spojiteacute Tento fakt podle Bohra znamenal že

v mikrosvětě se energie v jednotlivyacutech přiacutepadech nezachovaacutevaacute

Toto bdquořešeniacuteldquo odmiacutetal Pauli a pro vysvětleniacute spojiteacuteho spektra postuloval existenci noveacute čaacutestice kterou nazval bdquoneutronldquo Trvalo čtvrt stoletiacute než byla Pauliho hypoteacuteza neutrina v roce 1955 potvrzena experimenty Reinese a Cowana Ti prokaacutezali existenci elektronovyacutech antineutrin z jadernyacutech reaktorech tiacutem že pozorovali důsledky jejich sraacutežek s protony v procesu

e p e n 21042023 19Gymnaacutezium Jan Keplera

Produkce energie ve hvězdaacutech

Na jaře roku 1938 se rozpracovaacuteniacutem Eddingtonovy myšlenky začal zabyacutevat německyacute teoretik Hans Bethe Bylo mu sice jen 32 let ale byl na tento uacutekol ze všech tehdejšiacutech fyziků nejleacutepe připraven A již na podzim 1938 dokončil svoji zaacutekladniacute praacuteci

Kromě skutečnosti že v praacuteci popsanyacutech procesech chybiacute neutrino vystihl Bethe podstatu procesů dokonale 21042023 20Gymnaacutezium Jan Keplera

Trpělivost růže přinaacutešiacuteV polovině 50 let přišel mladyacute americkyacute chemik Raymond Davis s myšlenkou změřit tok slunečniacutech neutrin metodou navrženou Brunem Pontecorvo Ta byla založena na reakci

Technickeacute realizaci teacuteto metody Ray zasvětil Davis celyacute život Jeho prvniacute aparatura byla umiacutestěna v opuštěneacutem dole na vaacutepe-nec a jejiacutem srdcem byla naacutedrž na 4000 litrů perchloretylenu Počaacutetkem 60 let Davis ziacuteskal prostředky na stavbu stokraacutet většiacuteho zařiacutezeniacute jež bylo uvedeno do provozu v roce 1964 asi 1800 metrů pod zemiacute v dole na zlato v Homestake

37 37e Cl Ar e

37Cl e

21042023 21Gymnaacutezium Jan Keplera

Snad trocha (velkyacutech a přibližnyacutech) čiacutesel nikoho nezabije Viacuteme že ze Slunce přichaacuteziacute na čtverečniacute centimetr za vteřinu

60 miliard neutrin (62x106)Davisův detektor měl objem

400 krychlovyacutech metrů dopadlo do něj za vteřinu

30 milionů miliard neutrin (30x1015)tj za rok (31 milionů vteřin) celkem

milion miliard miliard neutrin (1024)z nichž v Davisově detektoru interagovalo s neutrony

jen 100 v přiacutepadě člověka (100 kg) to odpoviacutedaacute

1 interagujiacuteciacutemu neutrinu za 40 let

21042023 22Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 23Gymnaacutezium Jan Keplera

Davisův uacutekol byl ovšem daleko složitějšiacute než přiacuteslovečneacute hledaacuteniacute jehly v kupce sena Počet přiacutepadů čiacutetal typicky dva za tyacuteden a protože poločas rozpadu argonu je 35 dniacute bylo z detektoru speciaacutelniacute chemickou procedurou odvaacuteděno každeacute dva měsiacutece 10-20 atomů argonu přitom v 400 tunaacutech perchloretylenu je asi 40 tisiacutec miliard miliard miliard (40x1030) molekul

Hodně velkaacute kupka sena

Za 30 let zaznamenal Davis asi 2200 přiacutepadů produkce argonu Tento počet odpoviacutedal toku slunečniacutech neutrin 256plusmn03 solaacuterniacutech jednotek (SNU) Předpověď standardniacuteho modelu Slunce byla třikraacutet většiacute 76plusmn13 SNU 21042023 24Gymnaacutezium Jan Keplera

Vyřešeniacute probleacutemu solaacuterniacutech neutrin

Fyzikaacutelniacute neutrina daneacute bdquovůněldquo tj νe νμντ

jsou směsi stavů ν1 ν2ν3 s nenulovyacutemi hmotnostmi

chovajiacute se podobně jako chameleoni neboť

během pohybu měniacute svou bdquovůnildquo

Tomuto ryze kvantoveacutemu efektu se řiacutekaacute bdquooscilace neutrinldquo

Pokud se elektronoveacute neutrino během letu z nitra Slunce změniacute na mionoveacute či tauonoveacute neurino detektory Davise a Koshiby ho nemohli zachytit 21042023 25Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho elektronoveacuteho neutrina

Oscilace zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti kde ji měřiacuteme a energii neutrina21042023 26Gymnaacutezium Jan Keplera

Postavena za uacutečelem detekce oscilace

Neutrina v Opeře

21042023 27Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho mionoveacuteho neutrina

21042023 28Gymnaacutezium Jan Keplera

Neu2012 27-28 Sept 2010 CERNEdda Gschwendtner CERN 29

CERN PS

SPS

LHC

CNGS

Lake Geneva

CERN Accelerator Complex

21042023 29Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 30Gymnaacutezium Jan Keplera

producemuon-neutrinos

measuretau-neutrinos

CERN

Gra

n Sa

sso

732km

~41019 pyear ~21019 year ~2 year (~11017 year)

Bilance experimentu od počaacutetku roku 2009 bylo

ze 100 miliard miliard protonů (1020) v CERN vyrobeno

50 miliard miliard mionovyacutech neutrin (5x1019) z nichž jich do detektoru OPERA dopadla

setina (5x1017) v něm interagovalo cca deset tisiacutec z nich bylo jedineacute hledaneacute tauonoveacute neutrino

Praacutevě ty bdquoneužitečneacuteldquo přiacutepady interakce neoscilujiacuteciacuteho mionoveacuteho neutrina byly použity pro měřeniacute jeho rychlosti21042023 31Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

Přeměna i jen maleacute čaacutesti klidoveacute hmotnosti jader na kinetickou energii tak otevřela možnost ziacuteskat obrovskeacute množstviacute energie

F Aston v roce 1920 zjistil že čtyři jaacutedra vodiacuteku jsou dohromady asi o 07 těžšiacute než jaacutedro heacutelia Kliacuteč k pochopeniacute mechanismu produkce energie ve Slunci byl na světě

Anglickyacute astronom Arthur Eddington teacutehož roku ukaacutezal žepřeměna vodiacuteku na heacutelium může poskytnout dostatek energie na to aby Slunce sviacutetilo asi 100 miliard let

4 protony rarr Helium + 2 pozitrony (+ 2 elektronovaacute neutrina)

Zjednodušenaacute zaacutekladniacute reakce

21042023 17Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 18Gymnaacutezium Jan Keplera

Skutečnost že v β-rozpadu neutronu neutronrarrproton+elektron

vznikaacute kromě elektronu ještě dalšiacute čaacutestice netušil tehdy nikdo a trvalo 17 let než to začalo byacutet fyzikům podezřeleacute

1914 J Chadwick ukaacutezal že spektrum energiiacute elektronů v β-rozpadu je spojiteacute Tento fakt podle Bohra znamenal že

v mikrosvětě se energie v jednotlivyacutech přiacutepadech nezachovaacutevaacute

Toto bdquořešeniacuteldquo odmiacutetal Pauli a pro vysvětleniacute spojiteacuteho spektra postuloval existenci noveacute čaacutestice kterou nazval bdquoneutronldquo Trvalo čtvrt stoletiacute než byla Pauliho hypoteacuteza neutrina v roce 1955 potvrzena experimenty Reinese a Cowana Ti prokaacutezali existenci elektronovyacutech antineutrin z jadernyacutech reaktorech tiacutem že pozorovali důsledky jejich sraacutežek s protony v procesu

e p e n 21042023 19Gymnaacutezium Jan Keplera

Produkce energie ve hvězdaacutech

Na jaře roku 1938 se rozpracovaacuteniacutem Eddingtonovy myšlenky začal zabyacutevat německyacute teoretik Hans Bethe Bylo mu sice jen 32 let ale byl na tento uacutekol ze všech tehdejšiacutech fyziků nejleacutepe připraven A již na podzim 1938 dokončil svoji zaacutekladniacute praacuteci

Kromě skutečnosti že v praacuteci popsanyacutech procesech chybiacute neutrino vystihl Bethe podstatu procesů dokonale 21042023 20Gymnaacutezium Jan Keplera

Trpělivost růže přinaacutešiacuteV polovině 50 let přišel mladyacute americkyacute chemik Raymond Davis s myšlenkou změřit tok slunečniacutech neutrin metodou navrženou Brunem Pontecorvo Ta byla založena na reakci

Technickeacute realizaci teacuteto metody Ray zasvětil Davis celyacute život Jeho prvniacute aparatura byla umiacutestěna v opuštěneacutem dole na vaacutepe-nec a jejiacutem srdcem byla naacutedrž na 4000 litrů perchloretylenu Počaacutetkem 60 let Davis ziacuteskal prostředky na stavbu stokraacutet většiacuteho zařiacutezeniacute jež bylo uvedeno do provozu v roce 1964 asi 1800 metrů pod zemiacute v dole na zlato v Homestake

37 37e Cl Ar e

37Cl e

21042023 21Gymnaacutezium Jan Keplera

Snad trocha (velkyacutech a přibližnyacutech) čiacutesel nikoho nezabije Viacuteme že ze Slunce přichaacuteziacute na čtverečniacute centimetr za vteřinu

60 miliard neutrin (62x106)Davisův detektor měl objem

400 krychlovyacutech metrů dopadlo do něj za vteřinu

30 milionů miliard neutrin (30x1015)tj za rok (31 milionů vteřin) celkem

milion miliard miliard neutrin (1024)z nichž v Davisově detektoru interagovalo s neutrony

jen 100 v přiacutepadě člověka (100 kg) to odpoviacutedaacute

1 interagujiacuteciacutemu neutrinu za 40 let

21042023 22Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 23Gymnaacutezium Jan Keplera

Davisův uacutekol byl ovšem daleko složitějšiacute než přiacuteslovečneacute hledaacuteniacute jehly v kupce sena Počet přiacutepadů čiacutetal typicky dva za tyacuteden a protože poločas rozpadu argonu je 35 dniacute bylo z detektoru speciaacutelniacute chemickou procedurou odvaacuteděno každeacute dva měsiacutece 10-20 atomů argonu přitom v 400 tunaacutech perchloretylenu je asi 40 tisiacutec miliard miliard miliard (40x1030) molekul

Hodně velkaacute kupka sena

Za 30 let zaznamenal Davis asi 2200 přiacutepadů produkce argonu Tento počet odpoviacutedal toku slunečniacutech neutrin 256plusmn03 solaacuterniacutech jednotek (SNU) Předpověď standardniacuteho modelu Slunce byla třikraacutet většiacute 76plusmn13 SNU 21042023 24Gymnaacutezium Jan Keplera

Vyřešeniacute probleacutemu solaacuterniacutech neutrin

Fyzikaacutelniacute neutrina daneacute bdquovůněldquo tj νe νμντ

jsou směsi stavů ν1 ν2ν3 s nenulovyacutemi hmotnostmi

chovajiacute se podobně jako chameleoni neboť

během pohybu měniacute svou bdquovůnildquo

Tomuto ryze kvantoveacutemu efektu se řiacutekaacute bdquooscilace neutrinldquo

Pokud se elektronoveacute neutrino během letu z nitra Slunce změniacute na mionoveacute či tauonoveacute neurino detektory Davise a Koshiby ho nemohli zachytit 21042023 25Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho elektronoveacuteho neutrina

Oscilace zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti kde ji měřiacuteme a energii neutrina21042023 26Gymnaacutezium Jan Keplera

Postavena za uacutečelem detekce oscilace

Neutrina v Opeře

21042023 27Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho mionoveacuteho neutrina

21042023 28Gymnaacutezium Jan Keplera

Neu2012 27-28 Sept 2010 CERNEdda Gschwendtner CERN 29

CERN PS

SPS

LHC

CNGS

Lake Geneva

CERN Accelerator Complex

21042023 29Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 30Gymnaacutezium Jan Keplera

producemuon-neutrinos

measuretau-neutrinos

CERN

Gra

n Sa

sso

732km

~41019 pyear ~21019 year ~2 year (~11017 year)

Bilance experimentu od počaacutetku roku 2009 bylo

ze 100 miliard miliard protonů (1020) v CERN vyrobeno

50 miliard miliard mionovyacutech neutrin (5x1019) z nichž jich do detektoru OPERA dopadla

setina (5x1017) v něm interagovalo cca deset tisiacutec z nich bylo jedineacute hledaneacute tauonoveacute neutrino

Praacutevě ty bdquoneužitečneacuteldquo přiacutepady interakce neoscilujiacuteciacuteho mionoveacuteho neutrina byly použity pro měřeniacute jeho rychlosti21042023 31Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 18Gymnaacutezium Jan Keplera

Skutečnost že v β-rozpadu neutronu neutronrarrproton+elektron

vznikaacute kromě elektronu ještě dalšiacute čaacutestice netušil tehdy nikdo a trvalo 17 let než to začalo byacutet fyzikům podezřeleacute

1914 J Chadwick ukaacutezal že spektrum energiiacute elektronů v β-rozpadu je spojiteacute Tento fakt podle Bohra znamenal že

v mikrosvětě se energie v jednotlivyacutech přiacutepadech nezachovaacutevaacute

Toto bdquořešeniacuteldquo odmiacutetal Pauli a pro vysvětleniacute spojiteacuteho spektra postuloval existenci noveacute čaacutestice kterou nazval bdquoneutronldquo Trvalo čtvrt stoletiacute než byla Pauliho hypoteacuteza neutrina v roce 1955 potvrzena experimenty Reinese a Cowana Ti prokaacutezali existenci elektronovyacutech antineutrin z jadernyacutech reaktorech tiacutem že pozorovali důsledky jejich sraacutežek s protony v procesu

e p e n 21042023 19Gymnaacutezium Jan Keplera

Produkce energie ve hvězdaacutech

Na jaře roku 1938 se rozpracovaacuteniacutem Eddingtonovy myšlenky začal zabyacutevat německyacute teoretik Hans Bethe Bylo mu sice jen 32 let ale byl na tento uacutekol ze všech tehdejšiacutech fyziků nejleacutepe připraven A již na podzim 1938 dokončil svoji zaacutekladniacute praacuteci

Kromě skutečnosti že v praacuteci popsanyacutech procesech chybiacute neutrino vystihl Bethe podstatu procesů dokonale 21042023 20Gymnaacutezium Jan Keplera

Trpělivost růže přinaacutešiacuteV polovině 50 let přišel mladyacute americkyacute chemik Raymond Davis s myšlenkou změřit tok slunečniacutech neutrin metodou navrženou Brunem Pontecorvo Ta byla založena na reakci

Technickeacute realizaci teacuteto metody Ray zasvětil Davis celyacute život Jeho prvniacute aparatura byla umiacutestěna v opuštěneacutem dole na vaacutepe-nec a jejiacutem srdcem byla naacutedrž na 4000 litrů perchloretylenu Počaacutetkem 60 let Davis ziacuteskal prostředky na stavbu stokraacutet většiacuteho zařiacutezeniacute jež bylo uvedeno do provozu v roce 1964 asi 1800 metrů pod zemiacute v dole na zlato v Homestake

37 37e Cl Ar e

37Cl e

21042023 21Gymnaacutezium Jan Keplera

Snad trocha (velkyacutech a přibližnyacutech) čiacutesel nikoho nezabije Viacuteme že ze Slunce přichaacuteziacute na čtverečniacute centimetr za vteřinu

60 miliard neutrin (62x106)Davisův detektor měl objem

400 krychlovyacutech metrů dopadlo do něj za vteřinu

30 milionů miliard neutrin (30x1015)tj za rok (31 milionů vteřin) celkem

milion miliard miliard neutrin (1024)z nichž v Davisově detektoru interagovalo s neutrony

jen 100 v přiacutepadě člověka (100 kg) to odpoviacutedaacute

1 interagujiacuteciacutemu neutrinu za 40 let

21042023 22Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 23Gymnaacutezium Jan Keplera

Davisův uacutekol byl ovšem daleko složitějšiacute než přiacuteslovečneacute hledaacuteniacute jehly v kupce sena Počet přiacutepadů čiacutetal typicky dva za tyacuteden a protože poločas rozpadu argonu je 35 dniacute bylo z detektoru speciaacutelniacute chemickou procedurou odvaacuteděno každeacute dva měsiacutece 10-20 atomů argonu přitom v 400 tunaacutech perchloretylenu je asi 40 tisiacutec miliard miliard miliard (40x1030) molekul

Hodně velkaacute kupka sena

Za 30 let zaznamenal Davis asi 2200 přiacutepadů produkce argonu Tento počet odpoviacutedal toku slunečniacutech neutrin 256plusmn03 solaacuterniacutech jednotek (SNU) Předpověď standardniacuteho modelu Slunce byla třikraacutet většiacute 76plusmn13 SNU 21042023 24Gymnaacutezium Jan Keplera

Vyřešeniacute probleacutemu solaacuterniacutech neutrin

Fyzikaacutelniacute neutrina daneacute bdquovůněldquo tj νe νμντ

jsou směsi stavů ν1 ν2ν3 s nenulovyacutemi hmotnostmi

chovajiacute se podobně jako chameleoni neboť

během pohybu měniacute svou bdquovůnildquo

Tomuto ryze kvantoveacutemu efektu se řiacutekaacute bdquooscilace neutrinldquo

Pokud se elektronoveacute neutrino během letu z nitra Slunce změniacute na mionoveacute či tauonoveacute neurino detektory Davise a Koshiby ho nemohli zachytit 21042023 25Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho elektronoveacuteho neutrina

Oscilace zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti kde ji měřiacuteme a energii neutrina21042023 26Gymnaacutezium Jan Keplera

Postavena za uacutečelem detekce oscilace

Neutrina v Opeře

21042023 27Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho mionoveacuteho neutrina

21042023 28Gymnaacutezium Jan Keplera

Neu2012 27-28 Sept 2010 CERNEdda Gschwendtner CERN 29

CERN PS

SPS

LHC

CNGS

Lake Geneva

CERN Accelerator Complex

21042023 29Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 30Gymnaacutezium Jan Keplera

producemuon-neutrinos

measuretau-neutrinos

CERN

Gra

n Sa

sso

732km

~41019 pyear ~21019 year ~2 year (~11017 year)

Bilance experimentu od počaacutetku roku 2009 bylo

ze 100 miliard miliard protonů (1020) v CERN vyrobeno

50 miliard miliard mionovyacutech neutrin (5x1019) z nichž jich do detektoru OPERA dopadla

setina (5x1017) v něm interagovalo cca deset tisiacutec z nich bylo jedineacute hledaneacute tauonoveacute neutrino

Praacutevě ty bdquoneužitečneacuteldquo přiacutepady interakce neoscilujiacuteciacuteho mionoveacuteho neutrina byly použity pro měřeniacute jeho rychlosti21042023 31Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

Skutečnost že v β-rozpadu neutronu neutronrarrproton+elektron

vznikaacute kromě elektronu ještě dalšiacute čaacutestice netušil tehdy nikdo a trvalo 17 let než to začalo byacutet fyzikům podezřeleacute

1914 J Chadwick ukaacutezal že spektrum energiiacute elektronů v β-rozpadu je spojiteacute Tento fakt podle Bohra znamenal že

v mikrosvětě se energie v jednotlivyacutech přiacutepadech nezachovaacutevaacute

Toto bdquořešeniacuteldquo odmiacutetal Pauli a pro vysvětleniacute spojiteacuteho spektra postuloval existenci noveacute čaacutestice kterou nazval bdquoneutronldquo Trvalo čtvrt stoletiacute než byla Pauliho hypoteacuteza neutrina v roce 1955 potvrzena experimenty Reinese a Cowana Ti prokaacutezali existenci elektronovyacutech antineutrin z jadernyacutech reaktorech tiacutem že pozorovali důsledky jejich sraacutežek s protony v procesu

e p e n 21042023 19Gymnaacutezium Jan Keplera

Produkce energie ve hvězdaacutech

Na jaře roku 1938 se rozpracovaacuteniacutem Eddingtonovy myšlenky začal zabyacutevat německyacute teoretik Hans Bethe Bylo mu sice jen 32 let ale byl na tento uacutekol ze všech tehdejšiacutech fyziků nejleacutepe připraven A již na podzim 1938 dokončil svoji zaacutekladniacute praacuteci

Kromě skutečnosti že v praacuteci popsanyacutech procesech chybiacute neutrino vystihl Bethe podstatu procesů dokonale 21042023 20Gymnaacutezium Jan Keplera

Trpělivost růže přinaacutešiacuteV polovině 50 let přišel mladyacute americkyacute chemik Raymond Davis s myšlenkou změřit tok slunečniacutech neutrin metodou navrženou Brunem Pontecorvo Ta byla založena na reakci

Technickeacute realizaci teacuteto metody Ray zasvětil Davis celyacute život Jeho prvniacute aparatura byla umiacutestěna v opuštěneacutem dole na vaacutepe-nec a jejiacutem srdcem byla naacutedrž na 4000 litrů perchloretylenu Počaacutetkem 60 let Davis ziacuteskal prostředky na stavbu stokraacutet většiacuteho zařiacutezeniacute jež bylo uvedeno do provozu v roce 1964 asi 1800 metrů pod zemiacute v dole na zlato v Homestake

37 37e Cl Ar e

37Cl e

21042023 21Gymnaacutezium Jan Keplera

Snad trocha (velkyacutech a přibližnyacutech) čiacutesel nikoho nezabije Viacuteme že ze Slunce přichaacuteziacute na čtverečniacute centimetr za vteřinu

60 miliard neutrin (62x106)Davisův detektor měl objem

400 krychlovyacutech metrů dopadlo do něj za vteřinu

30 milionů miliard neutrin (30x1015)tj za rok (31 milionů vteřin) celkem

milion miliard miliard neutrin (1024)z nichž v Davisově detektoru interagovalo s neutrony

jen 100 v přiacutepadě člověka (100 kg) to odpoviacutedaacute

1 interagujiacuteciacutemu neutrinu za 40 let

21042023 22Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 23Gymnaacutezium Jan Keplera

Davisův uacutekol byl ovšem daleko složitějšiacute než přiacuteslovečneacute hledaacuteniacute jehly v kupce sena Počet přiacutepadů čiacutetal typicky dva za tyacuteden a protože poločas rozpadu argonu je 35 dniacute bylo z detektoru speciaacutelniacute chemickou procedurou odvaacuteděno každeacute dva měsiacutece 10-20 atomů argonu přitom v 400 tunaacutech perchloretylenu je asi 40 tisiacutec miliard miliard miliard (40x1030) molekul

Hodně velkaacute kupka sena

Za 30 let zaznamenal Davis asi 2200 přiacutepadů produkce argonu Tento počet odpoviacutedal toku slunečniacutech neutrin 256plusmn03 solaacuterniacutech jednotek (SNU) Předpověď standardniacuteho modelu Slunce byla třikraacutet většiacute 76plusmn13 SNU 21042023 24Gymnaacutezium Jan Keplera

Vyřešeniacute probleacutemu solaacuterniacutech neutrin

Fyzikaacutelniacute neutrina daneacute bdquovůněldquo tj νe νμντ

jsou směsi stavů ν1 ν2ν3 s nenulovyacutemi hmotnostmi

chovajiacute se podobně jako chameleoni neboť

během pohybu měniacute svou bdquovůnildquo

Tomuto ryze kvantoveacutemu efektu se řiacutekaacute bdquooscilace neutrinldquo

Pokud se elektronoveacute neutrino během letu z nitra Slunce změniacute na mionoveacute či tauonoveacute neurino detektory Davise a Koshiby ho nemohli zachytit 21042023 25Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho elektronoveacuteho neutrina

Oscilace zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti kde ji měřiacuteme a energii neutrina21042023 26Gymnaacutezium Jan Keplera

Postavena za uacutečelem detekce oscilace

Neutrina v Opeře

21042023 27Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho mionoveacuteho neutrina

21042023 28Gymnaacutezium Jan Keplera

Neu2012 27-28 Sept 2010 CERNEdda Gschwendtner CERN 29

CERN PS

SPS

LHC

CNGS

Lake Geneva

CERN Accelerator Complex

21042023 29Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 30Gymnaacutezium Jan Keplera

producemuon-neutrinos

measuretau-neutrinos

CERN

Gra

n Sa

sso

732km

~41019 pyear ~21019 year ~2 year (~11017 year)

Bilance experimentu od počaacutetku roku 2009 bylo

ze 100 miliard miliard protonů (1020) v CERN vyrobeno

50 miliard miliard mionovyacutech neutrin (5x1019) z nichž jich do detektoru OPERA dopadla

setina (5x1017) v něm interagovalo cca deset tisiacutec z nich bylo jedineacute hledaneacute tauonoveacute neutrino

Praacutevě ty bdquoneužitečneacuteldquo přiacutepady interakce neoscilujiacuteciacuteho mionoveacuteho neutrina byly použity pro měřeniacute jeho rychlosti21042023 31Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

Produkce energie ve hvězdaacutech

Na jaře roku 1938 se rozpracovaacuteniacutem Eddingtonovy myšlenky začal zabyacutevat německyacute teoretik Hans Bethe Bylo mu sice jen 32 let ale byl na tento uacutekol ze všech tehdejšiacutech fyziků nejleacutepe připraven A již na podzim 1938 dokončil svoji zaacutekladniacute praacuteci

Kromě skutečnosti že v praacuteci popsanyacutech procesech chybiacute neutrino vystihl Bethe podstatu procesů dokonale 21042023 20Gymnaacutezium Jan Keplera

Trpělivost růže přinaacutešiacuteV polovině 50 let přišel mladyacute americkyacute chemik Raymond Davis s myšlenkou změřit tok slunečniacutech neutrin metodou navrženou Brunem Pontecorvo Ta byla založena na reakci

Technickeacute realizaci teacuteto metody Ray zasvětil Davis celyacute život Jeho prvniacute aparatura byla umiacutestěna v opuštěneacutem dole na vaacutepe-nec a jejiacutem srdcem byla naacutedrž na 4000 litrů perchloretylenu Počaacutetkem 60 let Davis ziacuteskal prostředky na stavbu stokraacutet většiacuteho zařiacutezeniacute jež bylo uvedeno do provozu v roce 1964 asi 1800 metrů pod zemiacute v dole na zlato v Homestake

37 37e Cl Ar e

37Cl e

21042023 21Gymnaacutezium Jan Keplera

Snad trocha (velkyacutech a přibližnyacutech) čiacutesel nikoho nezabije Viacuteme že ze Slunce přichaacuteziacute na čtverečniacute centimetr za vteřinu

60 miliard neutrin (62x106)Davisův detektor měl objem

400 krychlovyacutech metrů dopadlo do něj za vteřinu

30 milionů miliard neutrin (30x1015)tj za rok (31 milionů vteřin) celkem

milion miliard miliard neutrin (1024)z nichž v Davisově detektoru interagovalo s neutrony

jen 100 v přiacutepadě člověka (100 kg) to odpoviacutedaacute

1 interagujiacuteciacutemu neutrinu za 40 let

21042023 22Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 23Gymnaacutezium Jan Keplera

Davisův uacutekol byl ovšem daleko složitějšiacute než přiacuteslovečneacute hledaacuteniacute jehly v kupce sena Počet přiacutepadů čiacutetal typicky dva za tyacuteden a protože poločas rozpadu argonu je 35 dniacute bylo z detektoru speciaacutelniacute chemickou procedurou odvaacuteděno každeacute dva měsiacutece 10-20 atomů argonu přitom v 400 tunaacutech perchloretylenu je asi 40 tisiacutec miliard miliard miliard (40x1030) molekul

Hodně velkaacute kupka sena

Za 30 let zaznamenal Davis asi 2200 přiacutepadů produkce argonu Tento počet odpoviacutedal toku slunečniacutech neutrin 256plusmn03 solaacuterniacutech jednotek (SNU) Předpověď standardniacuteho modelu Slunce byla třikraacutet většiacute 76plusmn13 SNU 21042023 24Gymnaacutezium Jan Keplera

Vyřešeniacute probleacutemu solaacuterniacutech neutrin

Fyzikaacutelniacute neutrina daneacute bdquovůněldquo tj νe νμντ

jsou směsi stavů ν1 ν2ν3 s nenulovyacutemi hmotnostmi

chovajiacute se podobně jako chameleoni neboť

během pohybu měniacute svou bdquovůnildquo

Tomuto ryze kvantoveacutemu efektu se řiacutekaacute bdquooscilace neutrinldquo

Pokud se elektronoveacute neutrino během letu z nitra Slunce změniacute na mionoveacute či tauonoveacute neurino detektory Davise a Koshiby ho nemohli zachytit 21042023 25Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho elektronoveacuteho neutrina

Oscilace zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti kde ji měřiacuteme a energii neutrina21042023 26Gymnaacutezium Jan Keplera

Postavena za uacutečelem detekce oscilace

Neutrina v Opeře

21042023 27Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho mionoveacuteho neutrina

21042023 28Gymnaacutezium Jan Keplera

Neu2012 27-28 Sept 2010 CERNEdda Gschwendtner CERN 29

CERN PS

SPS

LHC

CNGS

Lake Geneva

CERN Accelerator Complex

21042023 29Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 30Gymnaacutezium Jan Keplera

producemuon-neutrinos

measuretau-neutrinos

CERN

Gra

n Sa

sso

732km

~41019 pyear ~21019 year ~2 year (~11017 year)

Bilance experimentu od počaacutetku roku 2009 bylo

ze 100 miliard miliard protonů (1020) v CERN vyrobeno

50 miliard miliard mionovyacutech neutrin (5x1019) z nichž jich do detektoru OPERA dopadla

setina (5x1017) v něm interagovalo cca deset tisiacutec z nich bylo jedineacute hledaneacute tauonoveacute neutrino

Praacutevě ty bdquoneužitečneacuteldquo přiacutepady interakce neoscilujiacuteciacuteho mionoveacuteho neutrina byly použity pro měřeniacute jeho rychlosti21042023 31Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

Trpělivost růže přinaacutešiacuteV polovině 50 let přišel mladyacute americkyacute chemik Raymond Davis s myšlenkou změřit tok slunečniacutech neutrin metodou navrženou Brunem Pontecorvo Ta byla založena na reakci

Technickeacute realizaci teacuteto metody Ray zasvětil Davis celyacute život Jeho prvniacute aparatura byla umiacutestěna v opuštěneacutem dole na vaacutepe-nec a jejiacutem srdcem byla naacutedrž na 4000 litrů perchloretylenu Počaacutetkem 60 let Davis ziacuteskal prostředky na stavbu stokraacutet většiacuteho zařiacutezeniacute jež bylo uvedeno do provozu v roce 1964 asi 1800 metrů pod zemiacute v dole na zlato v Homestake

37 37e Cl Ar e

37Cl e

21042023 21Gymnaacutezium Jan Keplera

Snad trocha (velkyacutech a přibližnyacutech) čiacutesel nikoho nezabije Viacuteme že ze Slunce přichaacuteziacute na čtverečniacute centimetr za vteřinu

60 miliard neutrin (62x106)Davisův detektor měl objem

400 krychlovyacutech metrů dopadlo do něj za vteřinu

30 milionů miliard neutrin (30x1015)tj za rok (31 milionů vteřin) celkem

milion miliard miliard neutrin (1024)z nichž v Davisově detektoru interagovalo s neutrony

jen 100 v přiacutepadě člověka (100 kg) to odpoviacutedaacute

1 interagujiacuteciacutemu neutrinu za 40 let

21042023 22Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 23Gymnaacutezium Jan Keplera

Davisův uacutekol byl ovšem daleko složitějšiacute než přiacuteslovečneacute hledaacuteniacute jehly v kupce sena Počet přiacutepadů čiacutetal typicky dva za tyacuteden a protože poločas rozpadu argonu je 35 dniacute bylo z detektoru speciaacutelniacute chemickou procedurou odvaacuteděno každeacute dva měsiacutece 10-20 atomů argonu přitom v 400 tunaacutech perchloretylenu je asi 40 tisiacutec miliard miliard miliard (40x1030) molekul

Hodně velkaacute kupka sena

Za 30 let zaznamenal Davis asi 2200 přiacutepadů produkce argonu Tento počet odpoviacutedal toku slunečniacutech neutrin 256plusmn03 solaacuterniacutech jednotek (SNU) Předpověď standardniacuteho modelu Slunce byla třikraacutet většiacute 76plusmn13 SNU 21042023 24Gymnaacutezium Jan Keplera

Vyřešeniacute probleacutemu solaacuterniacutech neutrin

Fyzikaacutelniacute neutrina daneacute bdquovůněldquo tj νe νμντ

jsou směsi stavů ν1 ν2ν3 s nenulovyacutemi hmotnostmi

chovajiacute se podobně jako chameleoni neboť

během pohybu měniacute svou bdquovůnildquo

Tomuto ryze kvantoveacutemu efektu se řiacutekaacute bdquooscilace neutrinldquo

Pokud se elektronoveacute neutrino během letu z nitra Slunce změniacute na mionoveacute či tauonoveacute neurino detektory Davise a Koshiby ho nemohli zachytit 21042023 25Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho elektronoveacuteho neutrina

Oscilace zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti kde ji měřiacuteme a energii neutrina21042023 26Gymnaacutezium Jan Keplera

Postavena za uacutečelem detekce oscilace

Neutrina v Opeře

21042023 27Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho mionoveacuteho neutrina

21042023 28Gymnaacutezium Jan Keplera

Neu2012 27-28 Sept 2010 CERNEdda Gschwendtner CERN 29

CERN PS

SPS

LHC

CNGS

Lake Geneva

CERN Accelerator Complex

21042023 29Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 30Gymnaacutezium Jan Keplera

producemuon-neutrinos

measuretau-neutrinos

CERN

Gra

n Sa

sso

732km

~41019 pyear ~21019 year ~2 year (~11017 year)

Bilance experimentu od počaacutetku roku 2009 bylo

ze 100 miliard miliard protonů (1020) v CERN vyrobeno

50 miliard miliard mionovyacutech neutrin (5x1019) z nichž jich do detektoru OPERA dopadla

setina (5x1017) v něm interagovalo cca deset tisiacutec z nich bylo jedineacute hledaneacute tauonoveacute neutrino

Praacutevě ty bdquoneužitečneacuteldquo přiacutepady interakce neoscilujiacuteciacuteho mionoveacuteho neutrina byly použity pro měřeniacute jeho rychlosti21042023 31Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

Snad trocha (velkyacutech a přibližnyacutech) čiacutesel nikoho nezabije Viacuteme že ze Slunce přichaacuteziacute na čtverečniacute centimetr za vteřinu

60 miliard neutrin (62x106)Davisův detektor měl objem

400 krychlovyacutech metrů dopadlo do něj za vteřinu

30 milionů miliard neutrin (30x1015)tj za rok (31 milionů vteřin) celkem

milion miliard miliard neutrin (1024)z nichž v Davisově detektoru interagovalo s neutrony

jen 100 v přiacutepadě člověka (100 kg) to odpoviacutedaacute

1 interagujiacuteciacutemu neutrinu za 40 let

21042023 22Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 23Gymnaacutezium Jan Keplera

Davisův uacutekol byl ovšem daleko složitějšiacute než přiacuteslovečneacute hledaacuteniacute jehly v kupce sena Počet přiacutepadů čiacutetal typicky dva za tyacuteden a protože poločas rozpadu argonu je 35 dniacute bylo z detektoru speciaacutelniacute chemickou procedurou odvaacuteděno každeacute dva měsiacutece 10-20 atomů argonu přitom v 400 tunaacutech perchloretylenu je asi 40 tisiacutec miliard miliard miliard (40x1030) molekul

Hodně velkaacute kupka sena

Za 30 let zaznamenal Davis asi 2200 přiacutepadů produkce argonu Tento počet odpoviacutedal toku slunečniacutech neutrin 256plusmn03 solaacuterniacutech jednotek (SNU) Předpověď standardniacuteho modelu Slunce byla třikraacutet většiacute 76plusmn13 SNU 21042023 24Gymnaacutezium Jan Keplera

Vyřešeniacute probleacutemu solaacuterniacutech neutrin

Fyzikaacutelniacute neutrina daneacute bdquovůněldquo tj νe νμντ

jsou směsi stavů ν1 ν2ν3 s nenulovyacutemi hmotnostmi

chovajiacute se podobně jako chameleoni neboť

během pohybu měniacute svou bdquovůnildquo

Tomuto ryze kvantoveacutemu efektu se řiacutekaacute bdquooscilace neutrinldquo

Pokud se elektronoveacute neutrino během letu z nitra Slunce změniacute na mionoveacute či tauonoveacute neurino detektory Davise a Koshiby ho nemohli zachytit 21042023 25Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho elektronoveacuteho neutrina

Oscilace zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti kde ji měřiacuteme a energii neutrina21042023 26Gymnaacutezium Jan Keplera

Postavena za uacutečelem detekce oscilace

Neutrina v Opeře

21042023 27Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho mionoveacuteho neutrina

21042023 28Gymnaacutezium Jan Keplera

Neu2012 27-28 Sept 2010 CERNEdda Gschwendtner CERN 29

CERN PS

SPS

LHC

CNGS

Lake Geneva

CERN Accelerator Complex

21042023 29Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 30Gymnaacutezium Jan Keplera

producemuon-neutrinos

measuretau-neutrinos

CERN

Gra

n Sa

sso

732km

~41019 pyear ~21019 year ~2 year (~11017 year)

Bilance experimentu od počaacutetku roku 2009 bylo

ze 100 miliard miliard protonů (1020) v CERN vyrobeno

50 miliard miliard mionovyacutech neutrin (5x1019) z nichž jich do detektoru OPERA dopadla

setina (5x1017) v něm interagovalo cca deset tisiacutec z nich bylo jedineacute hledaneacute tauonoveacute neutrino

Praacutevě ty bdquoneužitečneacuteldquo přiacutepady interakce neoscilujiacuteciacuteho mionoveacuteho neutrina byly použity pro měřeniacute jeho rychlosti21042023 31Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 23Gymnaacutezium Jan Keplera

Davisův uacutekol byl ovšem daleko složitějšiacute než přiacuteslovečneacute hledaacuteniacute jehly v kupce sena Počet přiacutepadů čiacutetal typicky dva za tyacuteden a protože poločas rozpadu argonu je 35 dniacute bylo z detektoru speciaacutelniacute chemickou procedurou odvaacuteděno každeacute dva měsiacutece 10-20 atomů argonu přitom v 400 tunaacutech perchloretylenu je asi 40 tisiacutec miliard miliard miliard (40x1030) molekul

Hodně velkaacute kupka sena

Za 30 let zaznamenal Davis asi 2200 přiacutepadů produkce argonu Tento počet odpoviacutedal toku slunečniacutech neutrin 256plusmn03 solaacuterniacutech jednotek (SNU) Předpověď standardniacuteho modelu Slunce byla třikraacutet většiacute 76plusmn13 SNU 21042023 24Gymnaacutezium Jan Keplera

Vyřešeniacute probleacutemu solaacuterniacutech neutrin

Fyzikaacutelniacute neutrina daneacute bdquovůněldquo tj νe νμντ

jsou směsi stavů ν1 ν2ν3 s nenulovyacutemi hmotnostmi

chovajiacute se podobně jako chameleoni neboť

během pohybu měniacute svou bdquovůnildquo

Tomuto ryze kvantoveacutemu efektu se řiacutekaacute bdquooscilace neutrinldquo

Pokud se elektronoveacute neutrino během letu z nitra Slunce změniacute na mionoveacute či tauonoveacute neurino detektory Davise a Koshiby ho nemohli zachytit 21042023 25Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho elektronoveacuteho neutrina

Oscilace zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti kde ji měřiacuteme a energii neutrina21042023 26Gymnaacutezium Jan Keplera

Postavena za uacutečelem detekce oscilace

Neutrina v Opeře

21042023 27Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho mionoveacuteho neutrina

21042023 28Gymnaacutezium Jan Keplera

Neu2012 27-28 Sept 2010 CERNEdda Gschwendtner CERN 29

CERN PS

SPS

LHC

CNGS

Lake Geneva

CERN Accelerator Complex

21042023 29Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 30Gymnaacutezium Jan Keplera

producemuon-neutrinos

measuretau-neutrinos

CERN

Gra

n Sa

sso

732km

~41019 pyear ~21019 year ~2 year (~11017 year)

Bilance experimentu od počaacutetku roku 2009 bylo

ze 100 miliard miliard protonů (1020) v CERN vyrobeno

50 miliard miliard mionovyacutech neutrin (5x1019) z nichž jich do detektoru OPERA dopadla

setina (5x1017) v něm interagovalo cca deset tisiacutec z nich bylo jedineacute hledaneacute tauonoveacute neutrino

Praacutevě ty bdquoneužitečneacuteldquo přiacutepady interakce neoscilujiacuteciacuteho mionoveacuteho neutrina byly použity pro měřeniacute jeho rychlosti21042023 31Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

Davisův uacutekol byl ovšem daleko složitějšiacute než přiacuteslovečneacute hledaacuteniacute jehly v kupce sena Počet přiacutepadů čiacutetal typicky dva za tyacuteden a protože poločas rozpadu argonu je 35 dniacute bylo z detektoru speciaacutelniacute chemickou procedurou odvaacuteděno každeacute dva měsiacutece 10-20 atomů argonu přitom v 400 tunaacutech perchloretylenu je asi 40 tisiacutec miliard miliard miliard (40x1030) molekul

Hodně velkaacute kupka sena

Za 30 let zaznamenal Davis asi 2200 přiacutepadů produkce argonu Tento počet odpoviacutedal toku slunečniacutech neutrin 256plusmn03 solaacuterniacutech jednotek (SNU) Předpověď standardniacuteho modelu Slunce byla třikraacutet většiacute 76plusmn13 SNU 21042023 24Gymnaacutezium Jan Keplera

Vyřešeniacute probleacutemu solaacuterniacutech neutrin

Fyzikaacutelniacute neutrina daneacute bdquovůněldquo tj νe νμντ

jsou směsi stavů ν1 ν2ν3 s nenulovyacutemi hmotnostmi

chovajiacute se podobně jako chameleoni neboť

během pohybu měniacute svou bdquovůnildquo

Tomuto ryze kvantoveacutemu efektu se řiacutekaacute bdquooscilace neutrinldquo

Pokud se elektronoveacute neutrino během letu z nitra Slunce změniacute na mionoveacute či tauonoveacute neurino detektory Davise a Koshiby ho nemohli zachytit 21042023 25Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho elektronoveacuteho neutrina

Oscilace zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti kde ji měřiacuteme a energii neutrina21042023 26Gymnaacutezium Jan Keplera

Postavena za uacutečelem detekce oscilace

Neutrina v Opeře

21042023 27Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho mionoveacuteho neutrina

21042023 28Gymnaacutezium Jan Keplera

Neu2012 27-28 Sept 2010 CERNEdda Gschwendtner CERN 29

CERN PS

SPS

LHC

CNGS

Lake Geneva

CERN Accelerator Complex

21042023 29Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 30Gymnaacutezium Jan Keplera

producemuon-neutrinos

measuretau-neutrinos

CERN

Gra

n Sa

sso

732km

~41019 pyear ~21019 year ~2 year (~11017 year)

Bilance experimentu od počaacutetku roku 2009 bylo

ze 100 miliard miliard protonů (1020) v CERN vyrobeno

50 miliard miliard mionovyacutech neutrin (5x1019) z nichž jich do detektoru OPERA dopadla

setina (5x1017) v něm interagovalo cca deset tisiacutec z nich bylo jedineacute hledaneacute tauonoveacute neutrino

Praacutevě ty bdquoneužitečneacuteldquo přiacutepady interakce neoscilujiacuteciacuteho mionoveacuteho neutrina byly použity pro měřeniacute jeho rychlosti21042023 31Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

Vyřešeniacute probleacutemu solaacuterniacutech neutrin

Fyzikaacutelniacute neutrina daneacute bdquovůněldquo tj νe νμντ

jsou směsi stavů ν1 ν2ν3 s nenulovyacutemi hmotnostmi

chovajiacute se podobně jako chameleoni neboť

během pohybu měniacute svou bdquovůnildquo

Tomuto ryze kvantoveacutemu efektu se řiacutekaacute bdquooscilace neutrinldquo

Pokud se elektronoveacute neutrino během letu z nitra Slunce změniacute na mionoveacute či tauonoveacute neurino detektory Davise a Koshiby ho nemohli zachytit 21042023 25Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho elektronoveacuteho neutrina

Oscilace zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti kde ji měřiacuteme a energii neutrina21042023 26Gymnaacutezium Jan Keplera

Postavena za uacutečelem detekce oscilace

Neutrina v Opeře

21042023 27Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho mionoveacuteho neutrina

21042023 28Gymnaacutezium Jan Keplera

Neu2012 27-28 Sept 2010 CERNEdda Gschwendtner CERN 29

CERN PS

SPS

LHC

CNGS

Lake Geneva

CERN Accelerator Complex

21042023 29Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 30Gymnaacutezium Jan Keplera

producemuon-neutrinos

measuretau-neutrinos

CERN

Gra

n Sa

sso

732km

~41019 pyear ~21019 year ~2 year (~11017 year)

Bilance experimentu od počaacutetku roku 2009 bylo

ze 100 miliard miliard protonů (1020) v CERN vyrobeno

50 miliard miliard mionovyacutech neutrin (5x1019) z nichž jich do detektoru OPERA dopadla

setina (5x1017) v něm interagovalo cca deset tisiacutec z nich bylo jedineacute hledaneacute tauonoveacute neutrino

Praacutevě ty bdquoneužitečneacuteldquo přiacutepady interakce neoscilujiacuteciacuteho mionoveacuteho neutrina byly použity pro měřeniacute jeho rychlosti21042023 31Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho elektronoveacuteho neutrina

Oscilace zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti kde ji měřiacuteme a energii neutrina21042023 26Gymnaacutezium Jan Keplera

Postavena za uacutečelem detekce oscilace

Neutrina v Opeře

21042023 27Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho mionoveacuteho neutrina

21042023 28Gymnaacutezium Jan Keplera

Neu2012 27-28 Sept 2010 CERNEdda Gschwendtner CERN 29

CERN PS

SPS

LHC

CNGS

Lake Geneva

CERN Accelerator Complex

21042023 29Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 30Gymnaacutezium Jan Keplera

producemuon-neutrinos

measuretau-neutrinos

CERN

Gra

n Sa

sso

732km

~41019 pyear ~21019 year ~2 year (~11017 year)

Bilance experimentu od počaacutetku roku 2009 bylo

ze 100 miliard miliard protonů (1020) v CERN vyrobeno

50 miliard miliard mionovyacutech neutrin (5x1019) z nichž jich do detektoru OPERA dopadla

setina (5x1017) v něm interagovalo cca deset tisiacutec z nich bylo jedineacute hledaneacute tauonoveacute neutrino

Praacutevě ty bdquoneužitečneacuteldquo přiacutepady interakce neoscilujiacuteciacuteho mionoveacuteho neutrina byly použity pro měřeniacute jeho rychlosti21042023 31Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

Postavena za uacutečelem detekce oscilace

Neutrina v Opeře

21042023 27Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho mionoveacuteho neutrina

21042023 28Gymnaacutezium Jan Keplera

Neu2012 27-28 Sept 2010 CERNEdda Gschwendtner CERN 29

CERN PS

SPS

LHC

CNGS

Lake Geneva

CERN Accelerator Complex

21042023 29Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 30Gymnaacutezium Jan Keplera

producemuon-neutrinos

measuretau-neutrinos

CERN

Gra

n Sa

sso

732km

~41019 pyear ~21019 year ~2 year (~11017 year)

Bilance experimentu od počaacutetku roku 2009 bylo

ze 100 miliard miliard protonů (1020) v CERN vyrobeno

50 miliard miliard mionovyacutech neutrin (5x1019) z nichž jich do detektoru OPERA dopadla

setina (5x1017) v něm interagovalo cca deset tisiacutec z nich bylo jedineacute hledaneacute tauonoveacute neutrino

Praacutevě ty bdquoneužitečneacuteldquo přiacutepady interakce neoscilujiacuteciacuteho mionoveacuteho neutrina byly použity pro měřeniacute jeho rychlosti21042023 31Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

Pravděpodobnost oscilace původniacuteho mionoveacuteho neutrina

21042023 28Gymnaacutezium Jan Keplera

Neu2012 27-28 Sept 2010 CERNEdda Gschwendtner CERN 29

CERN PS

SPS

LHC

CNGS

Lake Geneva

CERN Accelerator Complex

21042023 29Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 30Gymnaacutezium Jan Keplera

producemuon-neutrinos

measuretau-neutrinos

CERN

Gra

n Sa

sso

732km

~41019 pyear ~21019 year ~2 year (~11017 year)

Bilance experimentu od počaacutetku roku 2009 bylo

ze 100 miliard miliard protonů (1020) v CERN vyrobeno

50 miliard miliard mionovyacutech neutrin (5x1019) z nichž jich do detektoru OPERA dopadla

setina (5x1017) v něm interagovalo cca deset tisiacutec z nich bylo jedineacute hledaneacute tauonoveacute neutrino

Praacutevě ty bdquoneužitečneacuteldquo přiacutepady interakce neoscilujiacuteciacuteho mionoveacuteho neutrina byly použity pro měřeniacute jeho rychlosti21042023 31Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

Neu2012 27-28 Sept 2010 CERNEdda Gschwendtner CERN 29

CERN PS

SPS

LHC

CNGS

Lake Geneva

CERN Accelerator Complex

21042023 29Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 30Gymnaacutezium Jan Keplera

producemuon-neutrinos

measuretau-neutrinos

CERN

Gra

n Sa

sso

732km

~41019 pyear ~21019 year ~2 year (~11017 year)

Bilance experimentu od počaacutetku roku 2009 bylo

ze 100 miliard miliard protonů (1020) v CERN vyrobeno

50 miliard miliard mionovyacutech neutrin (5x1019) z nichž jich do detektoru OPERA dopadla

setina (5x1017) v něm interagovalo cca deset tisiacutec z nich bylo jedineacute hledaneacute tauonoveacute neutrino

Praacutevě ty bdquoneužitečneacuteldquo přiacutepady interakce neoscilujiacuteciacuteho mionoveacuteho neutrina byly použity pro měřeniacute jeho rychlosti21042023 31Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 30Gymnaacutezium Jan Keplera

producemuon-neutrinos

measuretau-neutrinos

CERN

Gra

n Sa

sso

732km

~41019 pyear ~21019 year ~2 year (~11017 year)

Bilance experimentu od počaacutetku roku 2009 bylo

ze 100 miliard miliard protonů (1020) v CERN vyrobeno

50 miliard miliard mionovyacutech neutrin (5x1019) z nichž jich do detektoru OPERA dopadla

setina (5x1017) v něm interagovalo cca deset tisiacutec z nich bylo jedineacute hledaneacute tauonoveacute neutrino

Praacutevě ty bdquoneužitečneacuteldquo přiacutepady interakce neoscilujiacuteciacuteho mionoveacuteho neutrina byly použity pro měřeniacute jeho rychlosti21042023 31Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

producemuon-neutrinos

measuretau-neutrinos

CERN

Gra

n Sa

sso

732km

~41019 pyear ~21019 year ~2 year (~11017 year)

Bilance experimentu od počaacutetku roku 2009 bylo

ze 100 miliard miliard protonů (1020) v CERN vyrobeno

50 miliard miliard mionovyacutech neutrin (5x1019) z nichž jich do detektoru OPERA dopadla

setina (5x1017) v něm interagovalo cca deset tisiacutec z nich bylo jedineacute hledaneacute tauonoveacute neutrino

Praacutevě ty bdquoneužitečneacuteldquo přiacutepady interakce neoscilujiacuteciacuteho mionoveacuteho neutrina byly použity pro měřeniacute jeho rychlosti21042023 31Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

bez oscilace

s oscilaciacute

21042023 32Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

Mionovaacute neutrina vznikajiacute ve sraacutežkaacutech pulzu protonů trvajiacuteciacuteho 10 mikrosekund s jaacutedry uhliacuteku V důsledku toho neniacute možneacute měřit doba letu a tedy rychlost jednoho neutrina ale je nutneacutesrovnat časoveacute rozloženiacute sraacutežek v OPEŘE s pulzem protonůposunutyacutem o dobu kterou by potřebovalo na překonaacuteniacute vzdaacutelenosti z CERN do Gran Sassa světlo ve vakuu

Jak OPERA měřila rychlost neutrin

21042023 33Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

Ležiacuteciacute hranol o rozměru10x10x20 metrů 1300 tun

Dosažedneacute přesnosti Synchronizace času v CERN a Gran Sassu 3 ns Deacutelka letu neutrina z CERN do OPERY 1 m

21042023 34Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

Vlak neutrin dlouhyacute 10 mikrosekund dojel do Gran Sassa

o 61 miliardtin vteřiny dřiacuteve než by stejnou vzdaacutelenost urazilo světlo ve vakuu Chyba tohoto uacutedaje je podle autorů jen 10 nsZa tuto dobu uraziacute světlo ve vakuu 18 metrů

21042023 35Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

Bude do Vaacutenoc jasno

Je velkaacute šance že ano Experiment nyniacute probiacutehaacute s jinak organizovanyacutem svazkem protonů z nichž neutrina vznikajiacuteMiacutesto 10 mikrosekund dlouheacuteho vlaku jsou nyniacute protony ve vagoacutenciacutech dlouhyacutech jen několik nanosekund mezi nimiž je velkaacute mezera To umožniacute přiřadit každeacute sraacutežce v OPEŘE proton z jednoho vagoacutenku a tiacutem měřit dobu letu s přesnostiacute deacutelky tohoto vagoacutenkuNa potvrzeniacute či vyvraacuteceniacute vyacutesledku OPERY bude stačit paacuterpřiacutepadů a to nebude trvat dlouho

21042023 36Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

O rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

21042023 37Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

1917 A Einstein aplikoval obecnou teorii na homogenniacute a izotropniacute vesmiacuter Podle Einsteina měl naacuteš prostor tvar třiacuterozměrneacuteho povrchu čtyřrozměrneacute koule Aby dostal stacionaacuterniacute řešeniacute zavedl kosmologickou konstantu Toho později litoval (bdquonejvětšiacute oslovina meacuteho životaldquo) ale neměl 1927 G Lemaitre zkoumal řešeniacute Einsteinovyacutech rovnic pro rozpiacutenajiacuteciacute se prostor a dva roky před Hubblem objevil vztah jenž se nazyacutevaacute bdquoHubbleůvldquo zaacutekon1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute 1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie 1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje (NC 2011)

(Některeacute) kliacutečoveacute etapy vyacutevoje moderniacute kosmologie

21042023 38Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 39

Tři možneacute globaacutelniacute geometrie prostoru

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je většiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je menšiacute než 180deg

součet uacutehlů trojuacutehelniacuteku je rovnyacute 180deg

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 40

Lokaacutelně hmota prostor zakřivuje

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

41

cv

cvcv

zcv

cvcv

ze

1

11

111

1 0

Dopplerův efekt

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

42

z=025

z=006

z=002

nanometry

Rudyacute posuv

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

43

1929 Edwin Hubble vynesl zaacutevislost rudeacuteho posuvu (tiacutempaacutedem i rychlosti vzdalovaacuteniacute) galaxiiacute na jejich vzdaacutelenosti

ryc

hlo

st

v k

ms

ec

v=H(t)D(t) t0 =1H0 Hubbleův čas

udaacutevaacute zhruba staacuteřiacute vesmiacuteru

Původniacute Hubbleův graf

vzdaacutelenost v Mpc Časovyacute vyacutevoj hodnoty H0

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 44

Georges Lemaitre (1894 ndash 1966)

katolickyacute kněz a nedoceněnyacute geacutenius byl po Einsteinovi Fridmanovi a de Sitterovi čtvrtyacutem fyzikem jenž aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity v kosmologii

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 45

V člaacutenku The begining of the world from the point ofquantum theory publikovaneacutem v r 1931 v časopise Nature vyslovil hypoteacutezu že svět měl počaacutetek kdy byla veškeraacute hmota koncentrovaacutena v jednom bodě Jeho slova

Einstein v lednu 1933 po Lemaitreově přednaacutešce v Kalifornii

ldquoTohle je nejkraacutesnějšiacute a nejuspokojivějšiacute vysvětleniacute stvořeniacute světa jenž jsem kdy slyšelldquo

bdquoJestliže svět vznikl v jednom kvantu pojmy prostor a čas neměly na sameacutem počaacutetku žaacutednyacute smysl Ten mohly nabyacutet až když se původniacute kvantum rozdělilo na dosta-tečnyacute počet kvant Je-li tato hypoteacuteza spraacutevnaacute svět vznikl kraacutetce před počaacutetkem prostoru a časuldquo

byla viacutece než jasnozřivaacute a daleko předběhla dobu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 46

Singularita

čas

Lemaitrova představa o rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru

Horkaacute poleacutevka v niacutežbyly přiacutetomny všechnyčaacutestice standardniacutehomodelu ale i čaacutestice o nichž nemaacuteme ani tušeniacute Všechny ovliv-nily dalšiacute vyacutevoj vesmiacuteru do dnešniacute podoby

Dnešniacute vesmiacuter

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 47ry

ch

lost

vzdaacutelenost

Velkyacute třesk je velmi netriviaacutelniacute hypoteacuteza kterou si nelze plně představit ale lze ji jen přibliacutežit různyacutemi analogiemijako je rozpiacutenajiacuteciacute se miacuteč

v=H(t)D(t)či kynouciacute

těsto

V obou přiacutepadech

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 48

expanduje saacutem prostor nikoliv předměty do existujiacuteciacuteho prostoru Tělesa se primaacuterně vzdalujiacute proto že se prostor rozpiacutenaacute rychlostiacute jež může byacutet většiacute než rychlost světla

Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru definuje preferovanyacute systeacutem tj

Existujiacute tělesa kteraacute jsou bdquovaacutezanaacuteldquo a jež se s expanziacute nerozpiacutenajiacute Jedině diacuteky nim můžeme expanzi pozorovat

Pohyb vůči tomuto systeacutemu lze detegovat Naacuteš slunečniacute systeacutem se vůči němu pohybuje rychlostiacute 370 kmsec

Znamenaacute velkyacute třesk naacutevrat k NewtonoviDo jisteacute miacutery ano neboť

absolutniacute prostor i absolutniacute čas

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

V romantickeacute komedii Woodyho Allena z roku 1977 Annie Hall je sceacutenka

v niacutež vystupuje malyacute Alvy alter ego Woodyho Allena jeho matka a doktor Flicker ke ktereacutemu matka Alvyho přivedla protože nechtěl dělat domaacuteciacute uacutekoly 21042023 49Gymnaacutezium Jan Keplera

Matka Je skliacutečenyacute Najednou nedokaacuteže nic udělat Doktor Proč jsi tak skliacutečenyacute Alvy Matka Řekni to doktoru Flickerovi (k němu) Něco si přečetlDoktor Něco si přečetlAlvy Vesmiacuter se rozpiacutenaacuteDoktor Vesmiacuter se rozpiacutenaacuteAlvy Vesmiacuter je všechno a když se rozpiacutenaacute jednoho dne se rozlomiacute a bude všemu konecMatka Co se o to staraacuteš (k doktorovi) Přestal dělat domaacuteciacute uacutekolyAlvy No aMatka Co s tiacutem maacute společneacuteho vesmiacuter Jsi v Brooklynu A Brooklyn se nerozpiacutenaacuteDoktor A nebude se rozpiacutenat po miliardy let Alvy Měli bychom si užiacutevat dokud jsme zde21042023 50Gymnaacutezium Jan Keplera

Konkreacutetniacute hodnoty rychlosti v(R) rozpiacutenaacuteniacute prostoru

Mleacutečnaacute draacuteha

R= půl miliardy miliard kmv(R)= 30 milionů kilometrů za rok

Brooklyn

R= 150 milionů kmv(R)= 10 metrů za rok

Slunečniacute soustava

R= 15 km v(R)= tisiacutecina milimetru za rok

21042023 51Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 52

vesmiacuter se rozpiacutenaacutestaacutele stejně rychle

rychlost vzdalovaacuteniacute

vzd

aacutelen

ost

rychlejšiacute expan-ze na většiacutech vzdaacutelenostech expanze se zpomalila

pomalejšiacute expanze na většiacutech vzdaacute-lenostech expan- ze se zrychlila

rudyacute posuv

1998 (Ne)viacutetanyacute objev - expanze vesmiacuter se zrychlujeSkutečnost že se rozpiacutenaacuteniacute prostoru zrychluje zjistili letošniacute

nobelisteacute měřeniacutem rudeacuteho posuvu světla ze vzdaacutelenyacutech supernov

Skutečnost že se prostor rozpiacutenaacute ovšem neznamenaacute že se zvětšujiacute velikosti fyzikaacutelniacutech objektů

Pokud by rychlost rozpiacutenaacuteniacute byla konstantniacute rozměry systeacutemů jako jsou galaxie slunečniacute soustava či atomy ktereacute jsou bdquovaacutezaneacuteldquo různyacutemi silami by se nezměnily

Teprve zrychleneacute (zpomaleneacute) rozpiacutenaacuteniacute prostoru by vyvolalo dodatečnou siacutelu kteraacute by rozměry těchto objektů zvětšila (zmenšila)

A teprve pokud by se i zrychlovaacuteniacute rozpiacutenaacuteniacute prostoru samo zrychlovalo rostla by tiacutem vyvolanaacute siacutela nade všechny meze a všechny objekty ve vesmiacuteru by nakonec roztrhala21042023 53Gymnaacutezium Jan Keplera

Konkreacutetniacute hodnoty zrychleniacute a(R) rozpiacutenaacuteniacute prostoruMleacutečnaacute draacuteha

R= půl miliardy miliard km

a(R)= 2mrok

Brooklyn

R= 150 milionů km

a(R)= 6 desetin miliardtiny m

Slunečniacute soustava

R= 15 km a(R)= tisiacutecina poloměru protonu za rok

21042023 54Gymnaacutezium Jan Keplera

v(R)= 30 milionů kilometrů za rok

v(R)= 10 metrů za rok

v(R)= tisiacutecina milimetru za rok

expandujiacuteciacute vesmiacuter

zpomalovaniacuteexpanze

zrychlovaacuteniacute expanze

čas

1-14

mili

ard

let

Dnešniacute představa o hlavniacutech staacutediiacutech vyacutevoje vesmiacuteru

současnost

Nejvzdaacutelenějšiacutesupernova

zrychlovaacuteniacute expanze

21042023 55Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 56

Inflačniacute staacutedium vyacutevoje vesmiacuteruExponenciaacutelniacute expanze vesmiacuteru při niacutež během neuvěřitelně kraacutetkeacute doby vesmiacuter zvětšil svou velikost faktorem

Poloměrpozorovatelneacutehovesmiacuteru

expanze podlevelkeacuteho třesku

eacuteraInflace

inflačniacute model

čas od velkeacuteho třesku ve vteřinaacutech

polo

měr

vesm

iacuteru

standardniacute model

současnost

5010

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 57

Původce zrychlovaacuteniacute rozpiacutenaacuteniacute prostoru se nazyacutevaacute

Temnaacute energieJedineacute co je v souvislosti s temnou energiiacute jisteacute je že pro pochopeniacute podstaty a původu temneacute energie bude opět důležitaacute spolupraacutece fyziků čaacutestic a kosmologů

Kliacutečovou roli přitom bude hraacutet pojemvakua jenž maacute v kvantoveacute teorii pole velmi velmi netriviaacutelniacute obsah

Vakuum kvantoveacute teorie totiž neniacute praacutezdneacute a maacute zaacutepornyacute tlak

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 58

což v raacutemci obecneacute teorie relativity vede na

odpudivou gravitačniacute siacutelua vznik našeho vesmiacuteru jako oběd (skoro) zdarma

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 59

O tom a dalšiacutem piacuteše Hawking ve sveacute noveacute knize

Probleacutem ovšem neniacute pochopit proč se v sou- časneacute době rozpiacutenaacuteniacute prostoru zrychluje ale proč je toto zrychleniacute (naštěstiacute) 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000(a možnaacute ještě viacutece) kraacutet menšiacute než by mělo byacutet vezmeme-li jeho energii vaacutežně

Tohle je uacutestředniacute zaacutehada současneacute fyziky

21042023 60Gymnaacutezium Jan Keplera

Konec

21042023 61Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 62

zaacutepornyacute tlak

a praacutevě energie vakua pohaacuteniacute rozpiacutenaacuteniacute prostoru a způsobuje jeho zrychleniacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 63

historie naacutemi pozorovatelneacute čaacutesti vesmiacuteru

Všimněme si že Pauli se vlastně z většiacute čaacutesti myacutelil

Čaacutestice kteraacute vyřešila probleacutem spojiteacuteho spektra v β-rozpadu nehraje při vysvětleniacute statistiky jader dusiacuteku a lithia žaacutednou roli

Probleacutem statistiky jader se tyacutekal skutečnosti že podle tehdejšiacutech představ se jaacutedra sklaacutedala z protonů a elektronů Skutečnost že napřiacuteklad atomovaacute vaacuteha jader dusiacuteku je 14 a atomoveacute čiacuteslo jen 7 byla interpretovaacutena tak že jaacutedro dusiacuteku se sklaacutedaacute ze 14 protonů a 7 elektronů a mělo se proto chovat jako čaacutestice s poločiacuteselnyacutem spinem Přidaacuteniacutem jedneacute čaacutestice se spinem frac12 probleacutem vyřešilo ale bylo to jak se brzy ukaacutezalo nespraacutevneacute řešeniacute

Statistiku jader objasnil objev neutraacutelniacuteho partnera protonu kteryacute se dnes nazyacutevaacute neutron Chadwickem v roce 1932 Tento objev naviacutec zaacutesadně změnil představy fyziků o struktuře jader např jaacutedro dusiacuteku je tvořeno 7 protony a 7 neutrony a maacute tedy vlast-nosti bosonu jak to ukazuje experiment

21042023 64Gymnaacutezium Jan Keplera

Originaacutel prvniacute čaacutesti Pauliho dopisu

21042023 65Gymnaacutezium Jan Keplera

V Curychu dne 2 12 1930

Vaacuteženeacute radioaktivniacute daacutemy vaacuteženiacute radioaktivniacute paacutenoveacute

věnujte prosiacutem laskavou pozornost doručiteli tohoto dopisu Poviacute vaacutem jak jsem s ohledem na bdquošpatnouldquo statistiku jader dusiacuteku a lithia a na existenci spojiteacuteho spektra beta rozpadů přišel na zoufalou myšlenku jak zachraacutenit teoreacutem o statistice i zaacutekon zachovaniacute energie Jejiacute podstatou je předpoklad že v jaacutedrech existuje elektricky neutraacutelniacute čaacutestice se spinem frac12 kteraacute splňuje vylučovaciacute princip a kteraacute se lišiacute od fotonu takeacute tiacutem že se nepohybuje rychlostiacute světla Tato čaacutestice kterou budu nazyacutevat bdquoneutronldquo by měla miacutet hmotnost stejneacuteho řaacutedu jako elektron a v žaacutedneacutem přiacutepadě ne viacutece než 001 hmotnosti protonu Spojiteacute spektrum beta rozpadů by pak bylo vysvětleno tiacutem že v těchto rozpadech je s elektronem vyzaacuteřen vždy i neutron a to tak že součet energiiacute neutronu a elektronu je konstantniacute

Prvniacute čaacutest Pauliho dopisu

21042023 66Gymnaacutezium Jan Keplera

Připouštiacutem že moje vysvětleniacute se může zdaacutet absurdniacute neboť pokud neutrony existujiacute měly byacutet už daacutevno pozorovaacuteny Ale jen ten kdo si troufaacute může vyhraacutet Obtiacutežnou situaci se spojityacutem spektrem beta rozpadů ilustruje poznaacutemka meacuteho vaacuteženeacuteho předchůdce pana Debye jenž mi nedaacutevno v Bruselu řekl bdquoJe to jako s novyacutemi daněmi je nejlepšiacute na to nemysletldquo Proto by měla byacutet každeacute možneacute řešeniacute posouzeno A tak moji miliacute radioaktivniacute přaacuteteleacute posuzujte a suďte Jaacute bohužel do Tuumlbingen nepřijedu neboť moje přiacutetomnost je nepostradatelnaacute zde v Curychu na plese v noci z 6 na 7 prosince

Vaacuteš oddanyacute služebniacutekW Pauli

Zaacutevěr dopisu

21042023 67Gymnaacutezium Jan Keplera

14 MeVE

144 MeVE

042 MeVE

086 MeVE

21042023 68Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 69

Majiacute společnou charakteristiku lze je popsat pomociacute vyacuteměny zprostředkujiacuteciacutech čaacutestic se spinem 1 tzv

gravitačniacute elektromagnetickeacute slabeacutesilneacute

Siacutely mezi kvarky a leptony

intermediaacutelniacute vektoroveacute bosony (IVB)

Patřiacute do jedneacute třiacutedy tzv

kalibračniacutech teoriiacute jež představujiacute zaacutekladniacute raacutemec pro popis sil v mikrosvětě

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 70

Realita a scheacutema Rutherfordovaexperimentu

Cesta ke dnešniacutemu chaacutepaacuteniacute mikrosvěta začala zhruba před sto lety objevem atomoveacuteho jaacutedra

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 71

1948 Objev bdquopodivnyacutechldquo čaacutestic R Butler a jeho mlžnaacute komora

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 72

Pro zkoumaacuteniacute struktury protonu je nejvhodnějšiacute použiacutet jako projektil svazek elektronů jimž dobře rozumiacuteme

Od roku 1968 se na lineaacuterniacutem urychlovači elektronů ve Stanfordu zkoumaly nepružneacute sraacutežky elektronů s protony

5 k

m

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 73

na tomto zařiacutezeniacute

ktereacute je bdquojenldquo zvětšeninou Rutherfordova experimentu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 74

Zkoumaacuteniacute struktury protonu pokračovalo v letech 1989-2007 na urychlovači HERA

elektrony 27 GeV protony 920 GeV

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 75

Detektor experimentu H1 v DESY v Hamburku

proto

ny

elektrony

ve dvou hlavniacutech experimentech H1 jehož jsme se uacutečastnilia ZEUS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 76

Protonovyacute synchrotron

SPS

LEPLHC

Ženevskeacutejezero

Zaacutekladniacute informace o LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 77

Tunel LHC je 27 km dlouhyacute a cca 100 metrů pod zemiacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 78

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 79

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 80

Zaacutekladniacute parametry LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

Konkreacutetniacute hodnoty rychlosti v(R) rozpiacutenaacuteniacute prostoru

Mleacutečnaacute draacuteha

R= půl miliardy miliard kmv(R)= 30 milionů kilometrů za rok

Brooklyn

R= 150 milionů kmv(R)= 10 metrů za rok

Slunečniacute soustava

R= 15 km v(R)= tisiacutecina milimetru za rok

21042023 51Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 52

vesmiacuter se rozpiacutenaacutestaacutele stejně rychle

rychlost vzdalovaacuteniacute

vzd

aacutelen

ost

rychlejšiacute expan-ze na většiacutech vzdaacutelenostech expanze se zpomalila

pomalejšiacute expanze na většiacutech vzdaacute-lenostech expan- ze se zrychlila

rudyacute posuv

1998 (Ne)viacutetanyacute objev - expanze vesmiacuter se zrychlujeSkutečnost že se rozpiacutenaacuteniacute prostoru zrychluje zjistili letošniacute

nobelisteacute měřeniacutem rudeacuteho posuvu světla ze vzdaacutelenyacutech supernov

Skutečnost že se prostor rozpiacutenaacute ovšem neznamenaacute že se zvětšujiacute velikosti fyzikaacutelniacutech objektů

Pokud by rychlost rozpiacutenaacuteniacute byla konstantniacute rozměry systeacutemů jako jsou galaxie slunečniacute soustava či atomy ktereacute jsou bdquovaacutezaneacuteldquo různyacutemi silami by se nezměnily

Teprve zrychleneacute (zpomaleneacute) rozpiacutenaacuteniacute prostoru by vyvolalo dodatečnou siacutelu kteraacute by rozměry těchto objektů zvětšila (zmenšila)

A teprve pokud by se i zrychlovaacuteniacute rozpiacutenaacuteniacute prostoru samo zrychlovalo rostla by tiacutem vyvolanaacute siacutela nade všechny meze a všechny objekty ve vesmiacuteru by nakonec roztrhala21042023 53Gymnaacutezium Jan Keplera

Konkreacutetniacute hodnoty zrychleniacute a(R) rozpiacutenaacuteniacute prostoruMleacutečnaacute draacuteha

R= půl miliardy miliard km

a(R)= 2mrok

Brooklyn

R= 150 milionů km

a(R)= 6 desetin miliardtiny m

Slunečniacute soustava

R= 15 km a(R)= tisiacutecina poloměru protonu za rok

21042023 54Gymnaacutezium Jan Keplera

v(R)= 30 milionů kilometrů za rok

v(R)= 10 metrů za rok

v(R)= tisiacutecina milimetru za rok

expandujiacuteciacute vesmiacuter

zpomalovaniacuteexpanze

zrychlovaacuteniacute expanze

čas

1-14

mili

ard

let

Dnešniacute představa o hlavniacutech staacutediiacutech vyacutevoje vesmiacuteru

současnost

Nejvzdaacutelenějšiacutesupernova

zrychlovaacuteniacute expanze

21042023 55Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 56

Inflačniacute staacutedium vyacutevoje vesmiacuteruExponenciaacutelniacute expanze vesmiacuteru při niacutež během neuvěřitelně kraacutetkeacute doby vesmiacuter zvětšil svou velikost faktorem

Poloměrpozorovatelneacutehovesmiacuteru

expanze podlevelkeacuteho třesku

eacuteraInflace

inflačniacute model

čas od velkeacuteho třesku ve vteřinaacutech

polo

měr

vesm

iacuteru

standardniacute model

současnost

5010

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 57

Původce zrychlovaacuteniacute rozpiacutenaacuteniacute prostoru se nazyacutevaacute

Temnaacute energieJedineacute co je v souvislosti s temnou energiiacute jisteacute je že pro pochopeniacute podstaty a původu temneacute energie bude opět důležitaacute spolupraacutece fyziků čaacutestic a kosmologů

Kliacutečovou roli přitom bude hraacutet pojemvakua jenž maacute v kvantoveacute teorii pole velmi velmi netriviaacutelniacute obsah

Vakuum kvantoveacute teorie totiž neniacute praacutezdneacute a maacute zaacutepornyacute tlak

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 58

což v raacutemci obecneacute teorie relativity vede na

odpudivou gravitačniacute siacutelua vznik našeho vesmiacuteru jako oběd (skoro) zdarma

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 59

O tom a dalšiacutem piacuteše Hawking ve sveacute noveacute knize

Probleacutem ovšem neniacute pochopit proč se v sou- časneacute době rozpiacutenaacuteniacute prostoru zrychluje ale proč je toto zrychleniacute (naštěstiacute) 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000(a možnaacute ještě viacutece) kraacutet menšiacute než by mělo byacutet vezmeme-li jeho energii vaacutežně

Tohle je uacutestředniacute zaacutehada současneacute fyziky

21042023 60Gymnaacutezium Jan Keplera

Konec

21042023 61Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 62

zaacutepornyacute tlak

a praacutevě energie vakua pohaacuteniacute rozpiacutenaacuteniacute prostoru a způsobuje jeho zrychleniacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 63

historie naacutemi pozorovatelneacute čaacutesti vesmiacuteru

Všimněme si že Pauli se vlastně z většiacute čaacutesti myacutelil

Čaacutestice kteraacute vyřešila probleacutem spojiteacuteho spektra v β-rozpadu nehraje při vysvětleniacute statistiky jader dusiacuteku a lithia žaacutednou roli

Probleacutem statistiky jader se tyacutekal skutečnosti že podle tehdejšiacutech představ se jaacutedra sklaacutedala z protonů a elektronů Skutečnost že napřiacuteklad atomovaacute vaacuteha jader dusiacuteku je 14 a atomoveacute čiacuteslo jen 7 byla interpretovaacutena tak že jaacutedro dusiacuteku se sklaacutedaacute ze 14 protonů a 7 elektronů a mělo se proto chovat jako čaacutestice s poločiacuteselnyacutem spinem Přidaacuteniacutem jedneacute čaacutestice se spinem frac12 probleacutem vyřešilo ale bylo to jak se brzy ukaacutezalo nespraacutevneacute řešeniacute

Statistiku jader objasnil objev neutraacutelniacuteho partnera protonu kteryacute se dnes nazyacutevaacute neutron Chadwickem v roce 1932 Tento objev naviacutec zaacutesadně změnil představy fyziků o struktuře jader např jaacutedro dusiacuteku je tvořeno 7 protony a 7 neutrony a maacute tedy vlast-nosti bosonu jak to ukazuje experiment

21042023 64Gymnaacutezium Jan Keplera

Originaacutel prvniacute čaacutesti Pauliho dopisu

21042023 65Gymnaacutezium Jan Keplera

V Curychu dne 2 12 1930

Vaacuteženeacute radioaktivniacute daacutemy vaacuteženiacute radioaktivniacute paacutenoveacute

věnujte prosiacutem laskavou pozornost doručiteli tohoto dopisu Poviacute vaacutem jak jsem s ohledem na bdquošpatnouldquo statistiku jader dusiacuteku a lithia a na existenci spojiteacuteho spektra beta rozpadů přišel na zoufalou myšlenku jak zachraacutenit teoreacutem o statistice i zaacutekon zachovaniacute energie Jejiacute podstatou je předpoklad že v jaacutedrech existuje elektricky neutraacutelniacute čaacutestice se spinem frac12 kteraacute splňuje vylučovaciacute princip a kteraacute se lišiacute od fotonu takeacute tiacutem že se nepohybuje rychlostiacute světla Tato čaacutestice kterou budu nazyacutevat bdquoneutronldquo by měla miacutet hmotnost stejneacuteho řaacutedu jako elektron a v žaacutedneacutem přiacutepadě ne viacutece než 001 hmotnosti protonu Spojiteacute spektrum beta rozpadů by pak bylo vysvětleno tiacutem že v těchto rozpadech je s elektronem vyzaacuteřen vždy i neutron a to tak že součet energiiacute neutronu a elektronu je konstantniacute

Prvniacute čaacutest Pauliho dopisu

21042023 66Gymnaacutezium Jan Keplera

Připouštiacutem že moje vysvětleniacute se může zdaacutet absurdniacute neboť pokud neutrony existujiacute měly byacutet už daacutevno pozorovaacuteny Ale jen ten kdo si troufaacute může vyhraacutet Obtiacutežnou situaci se spojityacutem spektrem beta rozpadů ilustruje poznaacutemka meacuteho vaacuteženeacuteho předchůdce pana Debye jenž mi nedaacutevno v Bruselu řekl bdquoJe to jako s novyacutemi daněmi je nejlepšiacute na to nemysletldquo Proto by měla byacutet každeacute možneacute řešeniacute posouzeno A tak moji miliacute radioaktivniacute přaacuteteleacute posuzujte a suďte Jaacute bohužel do Tuumlbingen nepřijedu neboť moje přiacutetomnost je nepostradatelnaacute zde v Curychu na plese v noci z 6 na 7 prosince

Vaacuteš oddanyacute služebniacutekW Pauli

Zaacutevěr dopisu

21042023 67Gymnaacutezium Jan Keplera

14 MeVE

144 MeVE

042 MeVE

086 MeVE

21042023 68Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 69

Majiacute společnou charakteristiku lze je popsat pomociacute vyacuteměny zprostředkujiacuteciacutech čaacutestic se spinem 1 tzv

gravitačniacute elektromagnetickeacute slabeacutesilneacute

Siacutely mezi kvarky a leptony

intermediaacutelniacute vektoroveacute bosony (IVB)

Patřiacute do jedneacute třiacutedy tzv

kalibračniacutech teoriiacute jež představujiacute zaacutekladniacute raacutemec pro popis sil v mikrosvětě

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 70

Realita a scheacutema Rutherfordovaexperimentu

Cesta ke dnešniacutemu chaacutepaacuteniacute mikrosvěta začala zhruba před sto lety objevem atomoveacuteho jaacutedra

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 71

1948 Objev bdquopodivnyacutechldquo čaacutestic R Butler a jeho mlžnaacute komora

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 72

Pro zkoumaacuteniacute struktury protonu je nejvhodnějšiacute použiacutet jako projektil svazek elektronů jimž dobře rozumiacuteme

Od roku 1968 se na lineaacuterniacutem urychlovači elektronů ve Stanfordu zkoumaly nepružneacute sraacutežky elektronů s protony

5 k

m

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 73

na tomto zařiacutezeniacute

ktereacute je bdquojenldquo zvětšeninou Rutherfordova experimentu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 74

Zkoumaacuteniacute struktury protonu pokračovalo v letech 1989-2007 na urychlovači HERA

elektrony 27 GeV protony 920 GeV

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 75

Detektor experimentu H1 v DESY v Hamburku

proto

ny

elektrony

ve dvou hlavniacutech experimentech H1 jehož jsme se uacutečastnilia ZEUS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 76

Protonovyacute synchrotron

SPS

LEPLHC

Ženevskeacutejezero

Zaacutekladniacute informace o LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 77

Tunel LHC je 27 km dlouhyacute a cca 100 metrů pod zemiacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 78

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 79

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 80

Zaacutekladniacute parametry LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 52

vesmiacuter se rozpiacutenaacutestaacutele stejně rychle

rychlost vzdalovaacuteniacute

vzd

aacutelen

ost

rychlejšiacute expan-ze na většiacutech vzdaacutelenostech expanze se zpomalila

pomalejšiacute expanze na většiacutech vzdaacute-lenostech expan- ze se zrychlila

rudyacute posuv

1998 (Ne)viacutetanyacute objev - expanze vesmiacuter se zrychlujeSkutečnost že se rozpiacutenaacuteniacute prostoru zrychluje zjistili letošniacute

nobelisteacute měřeniacutem rudeacuteho posuvu světla ze vzdaacutelenyacutech supernov

Skutečnost že se prostor rozpiacutenaacute ovšem neznamenaacute že se zvětšujiacute velikosti fyzikaacutelniacutech objektů

Pokud by rychlost rozpiacutenaacuteniacute byla konstantniacute rozměry systeacutemů jako jsou galaxie slunečniacute soustava či atomy ktereacute jsou bdquovaacutezaneacuteldquo různyacutemi silami by se nezměnily

Teprve zrychleneacute (zpomaleneacute) rozpiacutenaacuteniacute prostoru by vyvolalo dodatečnou siacutelu kteraacute by rozměry těchto objektů zvětšila (zmenšila)

A teprve pokud by se i zrychlovaacuteniacute rozpiacutenaacuteniacute prostoru samo zrychlovalo rostla by tiacutem vyvolanaacute siacutela nade všechny meze a všechny objekty ve vesmiacuteru by nakonec roztrhala21042023 53Gymnaacutezium Jan Keplera

Konkreacutetniacute hodnoty zrychleniacute a(R) rozpiacutenaacuteniacute prostoruMleacutečnaacute draacuteha

R= půl miliardy miliard km

a(R)= 2mrok

Brooklyn

R= 150 milionů km

a(R)= 6 desetin miliardtiny m

Slunečniacute soustava

R= 15 km a(R)= tisiacutecina poloměru protonu za rok

21042023 54Gymnaacutezium Jan Keplera

v(R)= 30 milionů kilometrů za rok

v(R)= 10 metrů za rok

v(R)= tisiacutecina milimetru za rok

expandujiacuteciacute vesmiacuter

zpomalovaniacuteexpanze

zrychlovaacuteniacute expanze

čas

1-14

mili

ard

let

Dnešniacute představa o hlavniacutech staacutediiacutech vyacutevoje vesmiacuteru

současnost

Nejvzdaacutelenějšiacutesupernova

zrychlovaacuteniacute expanze

21042023 55Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 56

Inflačniacute staacutedium vyacutevoje vesmiacuteruExponenciaacutelniacute expanze vesmiacuteru při niacutež během neuvěřitelně kraacutetkeacute doby vesmiacuter zvětšil svou velikost faktorem

Poloměrpozorovatelneacutehovesmiacuteru

expanze podlevelkeacuteho třesku

eacuteraInflace

inflačniacute model

čas od velkeacuteho třesku ve vteřinaacutech

polo

měr

vesm

iacuteru

standardniacute model

současnost

5010

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 57

Původce zrychlovaacuteniacute rozpiacutenaacuteniacute prostoru se nazyacutevaacute

Temnaacute energieJedineacute co je v souvislosti s temnou energiiacute jisteacute je že pro pochopeniacute podstaty a původu temneacute energie bude opět důležitaacute spolupraacutece fyziků čaacutestic a kosmologů

Kliacutečovou roli přitom bude hraacutet pojemvakua jenž maacute v kvantoveacute teorii pole velmi velmi netriviaacutelniacute obsah

Vakuum kvantoveacute teorie totiž neniacute praacutezdneacute a maacute zaacutepornyacute tlak

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 58

což v raacutemci obecneacute teorie relativity vede na

odpudivou gravitačniacute siacutelua vznik našeho vesmiacuteru jako oběd (skoro) zdarma

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 59

O tom a dalšiacutem piacuteše Hawking ve sveacute noveacute knize

Probleacutem ovšem neniacute pochopit proč se v sou- časneacute době rozpiacutenaacuteniacute prostoru zrychluje ale proč je toto zrychleniacute (naštěstiacute) 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000(a možnaacute ještě viacutece) kraacutet menšiacute než by mělo byacutet vezmeme-li jeho energii vaacutežně

Tohle je uacutestředniacute zaacutehada současneacute fyziky

21042023 60Gymnaacutezium Jan Keplera

Konec

21042023 61Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 62

zaacutepornyacute tlak

a praacutevě energie vakua pohaacuteniacute rozpiacutenaacuteniacute prostoru a způsobuje jeho zrychleniacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 63

historie naacutemi pozorovatelneacute čaacutesti vesmiacuteru

Všimněme si že Pauli se vlastně z většiacute čaacutesti myacutelil

Čaacutestice kteraacute vyřešila probleacutem spojiteacuteho spektra v β-rozpadu nehraje při vysvětleniacute statistiky jader dusiacuteku a lithia žaacutednou roli

Probleacutem statistiky jader se tyacutekal skutečnosti že podle tehdejšiacutech představ se jaacutedra sklaacutedala z protonů a elektronů Skutečnost že napřiacuteklad atomovaacute vaacuteha jader dusiacuteku je 14 a atomoveacute čiacuteslo jen 7 byla interpretovaacutena tak že jaacutedro dusiacuteku se sklaacutedaacute ze 14 protonů a 7 elektronů a mělo se proto chovat jako čaacutestice s poločiacuteselnyacutem spinem Přidaacuteniacutem jedneacute čaacutestice se spinem frac12 probleacutem vyřešilo ale bylo to jak se brzy ukaacutezalo nespraacutevneacute řešeniacute

Statistiku jader objasnil objev neutraacutelniacuteho partnera protonu kteryacute se dnes nazyacutevaacute neutron Chadwickem v roce 1932 Tento objev naviacutec zaacutesadně změnil představy fyziků o struktuře jader např jaacutedro dusiacuteku je tvořeno 7 protony a 7 neutrony a maacute tedy vlast-nosti bosonu jak to ukazuje experiment

21042023 64Gymnaacutezium Jan Keplera

Originaacutel prvniacute čaacutesti Pauliho dopisu

21042023 65Gymnaacutezium Jan Keplera

V Curychu dne 2 12 1930

Vaacuteženeacute radioaktivniacute daacutemy vaacuteženiacute radioaktivniacute paacutenoveacute

věnujte prosiacutem laskavou pozornost doručiteli tohoto dopisu Poviacute vaacutem jak jsem s ohledem na bdquošpatnouldquo statistiku jader dusiacuteku a lithia a na existenci spojiteacuteho spektra beta rozpadů přišel na zoufalou myšlenku jak zachraacutenit teoreacutem o statistice i zaacutekon zachovaniacute energie Jejiacute podstatou je předpoklad že v jaacutedrech existuje elektricky neutraacutelniacute čaacutestice se spinem frac12 kteraacute splňuje vylučovaciacute princip a kteraacute se lišiacute od fotonu takeacute tiacutem že se nepohybuje rychlostiacute světla Tato čaacutestice kterou budu nazyacutevat bdquoneutronldquo by měla miacutet hmotnost stejneacuteho řaacutedu jako elektron a v žaacutedneacutem přiacutepadě ne viacutece než 001 hmotnosti protonu Spojiteacute spektrum beta rozpadů by pak bylo vysvětleno tiacutem že v těchto rozpadech je s elektronem vyzaacuteřen vždy i neutron a to tak že součet energiiacute neutronu a elektronu je konstantniacute

Prvniacute čaacutest Pauliho dopisu

21042023 66Gymnaacutezium Jan Keplera

Připouštiacutem že moje vysvětleniacute se může zdaacutet absurdniacute neboť pokud neutrony existujiacute měly byacutet už daacutevno pozorovaacuteny Ale jen ten kdo si troufaacute může vyhraacutet Obtiacutežnou situaci se spojityacutem spektrem beta rozpadů ilustruje poznaacutemka meacuteho vaacuteženeacuteho předchůdce pana Debye jenž mi nedaacutevno v Bruselu řekl bdquoJe to jako s novyacutemi daněmi je nejlepšiacute na to nemysletldquo Proto by měla byacutet každeacute možneacute řešeniacute posouzeno A tak moji miliacute radioaktivniacute přaacuteteleacute posuzujte a suďte Jaacute bohužel do Tuumlbingen nepřijedu neboť moje přiacutetomnost je nepostradatelnaacute zde v Curychu na plese v noci z 6 na 7 prosince

Vaacuteš oddanyacute služebniacutekW Pauli

Zaacutevěr dopisu

21042023 67Gymnaacutezium Jan Keplera

14 MeVE

144 MeVE

042 MeVE

086 MeVE

21042023 68Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 69

Majiacute společnou charakteristiku lze je popsat pomociacute vyacuteměny zprostředkujiacuteciacutech čaacutestic se spinem 1 tzv

gravitačniacute elektromagnetickeacute slabeacutesilneacute

Siacutely mezi kvarky a leptony

intermediaacutelniacute vektoroveacute bosony (IVB)

Patřiacute do jedneacute třiacutedy tzv

kalibračniacutech teoriiacute jež představujiacute zaacutekladniacute raacutemec pro popis sil v mikrosvětě

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 70

Realita a scheacutema Rutherfordovaexperimentu

Cesta ke dnešniacutemu chaacutepaacuteniacute mikrosvěta začala zhruba před sto lety objevem atomoveacuteho jaacutedra

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 71

1948 Objev bdquopodivnyacutechldquo čaacutestic R Butler a jeho mlžnaacute komora

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 72

Pro zkoumaacuteniacute struktury protonu je nejvhodnějšiacute použiacutet jako projektil svazek elektronů jimž dobře rozumiacuteme

Od roku 1968 se na lineaacuterniacutem urychlovači elektronů ve Stanfordu zkoumaly nepružneacute sraacutežky elektronů s protony

5 k

m

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 73

na tomto zařiacutezeniacute

ktereacute je bdquojenldquo zvětšeninou Rutherfordova experimentu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 74

Zkoumaacuteniacute struktury protonu pokračovalo v letech 1989-2007 na urychlovači HERA

elektrony 27 GeV protony 920 GeV

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 75

Detektor experimentu H1 v DESY v Hamburku

proto

ny

elektrony

ve dvou hlavniacutech experimentech H1 jehož jsme se uacutečastnilia ZEUS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 76

Protonovyacute synchrotron

SPS

LEPLHC

Ženevskeacutejezero

Zaacutekladniacute informace o LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 77

Tunel LHC je 27 km dlouhyacute a cca 100 metrů pod zemiacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 78

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 79

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 80

Zaacutekladniacute parametry LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

Skutečnost že se prostor rozpiacutenaacute ovšem neznamenaacute že se zvětšujiacute velikosti fyzikaacutelniacutech objektů

Pokud by rychlost rozpiacutenaacuteniacute byla konstantniacute rozměry systeacutemů jako jsou galaxie slunečniacute soustava či atomy ktereacute jsou bdquovaacutezaneacuteldquo různyacutemi silami by se nezměnily

Teprve zrychleneacute (zpomaleneacute) rozpiacutenaacuteniacute prostoru by vyvolalo dodatečnou siacutelu kteraacute by rozměry těchto objektů zvětšila (zmenšila)

A teprve pokud by se i zrychlovaacuteniacute rozpiacutenaacuteniacute prostoru samo zrychlovalo rostla by tiacutem vyvolanaacute siacutela nade všechny meze a všechny objekty ve vesmiacuteru by nakonec roztrhala21042023 53Gymnaacutezium Jan Keplera

Konkreacutetniacute hodnoty zrychleniacute a(R) rozpiacutenaacuteniacute prostoruMleacutečnaacute draacuteha

R= půl miliardy miliard km

a(R)= 2mrok

Brooklyn

R= 150 milionů km

a(R)= 6 desetin miliardtiny m

Slunečniacute soustava

R= 15 km a(R)= tisiacutecina poloměru protonu za rok

21042023 54Gymnaacutezium Jan Keplera

v(R)= 30 milionů kilometrů za rok

v(R)= 10 metrů za rok

v(R)= tisiacutecina milimetru za rok

expandujiacuteciacute vesmiacuter

zpomalovaniacuteexpanze

zrychlovaacuteniacute expanze

čas

1-14

mili

ard

let

Dnešniacute představa o hlavniacutech staacutediiacutech vyacutevoje vesmiacuteru

současnost

Nejvzdaacutelenějšiacutesupernova

zrychlovaacuteniacute expanze

21042023 55Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 56

Inflačniacute staacutedium vyacutevoje vesmiacuteruExponenciaacutelniacute expanze vesmiacuteru při niacutež během neuvěřitelně kraacutetkeacute doby vesmiacuter zvětšil svou velikost faktorem

Poloměrpozorovatelneacutehovesmiacuteru

expanze podlevelkeacuteho třesku

eacuteraInflace

inflačniacute model

čas od velkeacuteho třesku ve vteřinaacutech

polo

měr

vesm

iacuteru

standardniacute model

současnost

5010

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 57

Původce zrychlovaacuteniacute rozpiacutenaacuteniacute prostoru se nazyacutevaacute

Temnaacute energieJedineacute co je v souvislosti s temnou energiiacute jisteacute je že pro pochopeniacute podstaty a původu temneacute energie bude opět důležitaacute spolupraacutece fyziků čaacutestic a kosmologů

Kliacutečovou roli přitom bude hraacutet pojemvakua jenž maacute v kvantoveacute teorii pole velmi velmi netriviaacutelniacute obsah

Vakuum kvantoveacute teorie totiž neniacute praacutezdneacute a maacute zaacutepornyacute tlak

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 58

což v raacutemci obecneacute teorie relativity vede na

odpudivou gravitačniacute siacutelua vznik našeho vesmiacuteru jako oběd (skoro) zdarma

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 59

O tom a dalšiacutem piacuteše Hawking ve sveacute noveacute knize

Probleacutem ovšem neniacute pochopit proč se v sou- časneacute době rozpiacutenaacuteniacute prostoru zrychluje ale proč je toto zrychleniacute (naštěstiacute) 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000(a možnaacute ještě viacutece) kraacutet menšiacute než by mělo byacutet vezmeme-li jeho energii vaacutežně

Tohle je uacutestředniacute zaacutehada současneacute fyziky

21042023 60Gymnaacutezium Jan Keplera

Konec

21042023 61Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 62

zaacutepornyacute tlak

a praacutevě energie vakua pohaacuteniacute rozpiacutenaacuteniacute prostoru a způsobuje jeho zrychleniacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 63

historie naacutemi pozorovatelneacute čaacutesti vesmiacuteru

Všimněme si že Pauli se vlastně z většiacute čaacutesti myacutelil

Čaacutestice kteraacute vyřešila probleacutem spojiteacuteho spektra v β-rozpadu nehraje při vysvětleniacute statistiky jader dusiacuteku a lithia žaacutednou roli

Probleacutem statistiky jader se tyacutekal skutečnosti že podle tehdejšiacutech představ se jaacutedra sklaacutedala z protonů a elektronů Skutečnost že napřiacuteklad atomovaacute vaacuteha jader dusiacuteku je 14 a atomoveacute čiacuteslo jen 7 byla interpretovaacutena tak že jaacutedro dusiacuteku se sklaacutedaacute ze 14 protonů a 7 elektronů a mělo se proto chovat jako čaacutestice s poločiacuteselnyacutem spinem Přidaacuteniacutem jedneacute čaacutestice se spinem frac12 probleacutem vyřešilo ale bylo to jak se brzy ukaacutezalo nespraacutevneacute řešeniacute

Statistiku jader objasnil objev neutraacutelniacuteho partnera protonu kteryacute se dnes nazyacutevaacute neutron Chadwickem v roce 1932 Tento objev naviacutec zaacutesadně změnil představy fyziků o struktuře jader např jaacutedro dusiacuteku je tvořeno 7 protony a 7 neutrony a maacute tedy vlast-nosti bosonu jak to ukazuje experiment

21042023 64Gymnaacutezium Jan Keplera

Originaacutel prvniacute čaacutesti Pauliho dopisu

21042023 65Gymnaacutezium Jan Keplera

V Curychu dne 2 12 1930

Vaacuteženeacute radioaktivniacute daacutemy vaacuteženiacute radioaktivniacute paacutenoveacute

věnujte prosiacutem laskavou pozornost doručiteli tohoto dopisu Poviacute vaacutem jak jsem s ohledem na bdquošpatnouldquo statistiku jader dusiacuteku a lithia a na existenci spojiteacuteho spektra beta rozpadů přišel na zoufalou myšlenku jak zachraacutenit teoreacutem o statistice i zaacutekon zachovaniacute energie Jejiacute podstatou je předpoklad že v jaacutedrech existuje elektricky neutraacutelniacute čaacutestice se spinem frac12 kteraacute splňuje vylučovaciacute princip a kteraacute se lišiacute od fotonu takeacute tiacutem že se nepohybuje rychlostiacute světla Tato čaacutestice kterou budu nazyacutevat bdquoneutronldquo by měla miacutet hmotnost stejneacuteho řaacutedu jako elektron a v žaacutedneacutem přiacutepadě ne viacutece než 001 hmotnosti protonu Spojiteacute spektrum beta rozpadů by pak bylo vysvětleno tiacutem že v těchto rozpadech je s elektronem vyzaacuteřen vždy i neutron a to tak že součet energiiacute neutronu a elektronu je konstantniacute

Prvniacute čaacutest Pauliho dopisu

21042023 66Gymnaacutezium Jan Keplera

Připouštiacutem že moje vysvětleniacute se může zdaacutet absurdniacute neboť pokud neutrony existujiacute měly byacutet už daacutevno pozorovaacuteny Ale jen ten kdo si troufaacute může vyhraacutet Obtiacutežnou situaci se spojityacutem spektrem beta rozpadů ilustruje poznaacutemka meacuteho vaacuteženeacuteho předchůdce pana Debye jenž mi nedaacutevno v Bruselu řekl bdquoJe to jako s novyacutemi daněmi je nejlepšiacute na to nemysletldquo Proto by měla byacutet každeacute možneacute řešeniacute posouzeno A tak moji miliacute radioaktivniacute přaacuteteleacute posuzujte a suďte Jaacute bohužel do Tuumlbingen nepřijedu neboť moje přiacutetomnost je nepostradatelnaacute zde v Curychu na plese v noci z 6 na 7 prosince

Vaacuteš oddanyacute služebniacutekW Pauli

Zaacutevěr dopisu

21042023 67Gymnaacutezium Jan Keplera

14 MeVE

144 MeVE

042 MeVE

086 MeVE

21042023 68Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 69

Majiacute společnou charakteristiku lze je popsat pomociacute vyacuteměny zprostředkujiacuteciacutech čaacutestic se spinem 1 tzv

gravitačniacute elektromagnetickeacute slabeacutesilneacute

Siacutely mezi kvarky a leptony

intermediaacutelniacute vektoroveacute bosony (IVB)

Patřiacute do jedneacute třiacutedy tzv

kalibračniacutech teoriiacute jež představujiacute zaacutekladniacute raacutemec pro popis sil v mikrosvětě

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 70

Realita a scheacutema Rutherfordovaexperimentu

Cesta ke dnešniacutemu chaacutepaacuteniacute mikrosvěta začala zhruba před sto lety objevem atomoveacuteho jaacutedra

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 71

1948 Objev bdquopodivnyacutechldquo čaacutestic R Butler a jeho mlžnaacute komora

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 72

Pro zkoumaacuteniacute struktury protonu je nejvhodnějšiacute použiacutet jako projektil svazek elektronů jimž dobře rozumiacuteme

Od roku 1968 se na lineaacuterniacutem urychlovači elektronů ve Stanfordu zkoumaly nepružneacute sraacutežky elektronů s protony

5 k

m

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 73

na tomto zařiacutezeniacute

ktereacute je bdquojenldquo zvětšeninou Rutherfordova experimentu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 74

Zkoumaacuteniacute struktury protonu pokračovalo v letech 1989-2007 na urychlovači HERA

elektrony 27 GeV protony 920 GeV

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 75

Detektor experimentu H1 v DESY v Hamburku

proto

ny

elektrony

ve dvou hlavniacutech experimentech H1 jehož jsme se uacutečastnilia ZEUS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 76

Protonovyacute synchrotron

SPS

LEPLHC

Ženevskeacutejezero

Zaacutekladniacute informace o LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 77

Tunel LHC je 27 km dlouhyacute a cca 100 metrů pod zemiacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 78

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 79

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 80

Zaacutekladniacute parametry LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

Konkreacutetniacute hodnoty zrychleniacute a(R) rozpiacutenaacuteniacute prostoruMleacutečnaacute draacuteha

R= půl miliardy miliard km

a(R)= 2mrok

Brooklyn

R= 150 milionů km

a(R)= 6 desetin miliardtiny m

Slunečniacute soustava

R= 15 km a(R)= tisiacutecina poloměru protonu za rok

21042023 54Gymnaacutezium Jan Keplera

v(R)= 30 milionů kilometrů za rok

v(R)= 10 metrů za rok

v(R)= tisiacutecina milimetru za rok

expandujiacuteciacute vesmiacuter

zpomalovaniacuteexpanze

zrychlovaacuteniacute expanze

čas

1-14

mili

ard

let

Dnešniacute představa o hlavniacutech staacutediiacutech vyacutevoje vesmiacuteru

současnost

Nejvzdaacutelenějšiacutesupernova

zrychlovaacuteniacute expanze

21042023 55Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 56

Inflačniacute staacutedium vyacutevoje vesmiacuteruExponenciaacutelniacute expanze vesmiacuteru při niacutež během neuvěřitelně kraacutetkeacute doby vesmiacuter zvětšil svou velikost faktorem

Poloměrpozorovatelneacutehovesmiacuteru

expanze podlevelkeacuteho třesku

eacuteraInflace

inflačniacute model

čas od velkeacuteho třesku ve vteřinaacutech

polo

měr

vesm

iacuteru

standardniacute model

současnost

5010

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 57

Původce zrychlovaacuteniacute rozpiacutenaacuteniacute prostoru se nazyacutevaacute

Temnaacute energieJedineacute co je v souvislosti s temnou energiiacute jisteacute je že pro pochopeniacute podstaty a původu temneacute energie bude opět důležitaacute spolupraacutece fyziků čaacutestic a kosmologů

Kliacutečovou roli přitom bude hraacutet pojemvakua jenž maacute v kvantoveacute teorii pole velmi velmi netriviaacutelniacute obsah

Vakuum kvantoveacute teorie totiž neniacute praacutezdneacute a maacute zaacutepornyacute tlak

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 58

což v raacutemci obecneacute teorie relativity vede na

odpudivou gravitačniacute siacutelua vznik našeho vesmiacuteru jako oběd (skoro) zdarma

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 59

O tom a dalšiacutem piacuteše Hawking ve sveacute noveacute knize

Probleacutem ovšem neniacute pochopit proč se v sou- časneacute době rozpiacutenaacuteniacute prostoru zrychluje ale proč je toto zrychleniacute (naštěstiacute) 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000(a možnaacute ještě viacutece) kraacutet menšiacute než by mělo byacutet vezmeme-li jeho energii vaacutežně

Tohle je uacutestředniacute zaacutehada současneacute fyziky

21042023 60Gymnaacutezium Jan Keplera

Konec

21042023 61Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 62

zaacutepornyacute tlak

a praacutevě energie vakua pohaacuteniacute rozpiacutenaacuteniacute prostoru a způsobuje jeho zrychleniacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 63

historie naacutemi pozorovatelneacute čaacutesti vesmiacuteru

Všimněme si že Pauli se vlastně z většiacute čaacutesti myacutelil

Čaacutestice kteraacute vyřešila probleacutem spojiteacuteho spektra v β-rozpadu nehraje při vysvětleniacute statistiky jader dusiacuteku a lithia žaacutednou roli

Probleacutem statistiky jader se tyacutekal skutečnosti že podle tehdejšiacutech představ se jaacutedra sklaacutedala z protonů a elektronů Skutečnost že napřiacuteklad atomovaacute vaacuteha jader dusiacuteku je 14 a atomoveacute čiacuteslo jen 7 byla interpretovaacutena tak že jaacutedro dusiacuteku se sklaacutedaacute ze 14 protonů a 7 elektronů a mělo se proto chovat jako čaacutestice s poločiacuteselnyacutem spinem Přidaacuteniacutem jedneacute čaacutestice se spinem frac12 probleacutem vyřešilo ale bylo to jak se brzy ukaacutezalo nespraacutevneacute řešeniacute

Statistiku jader objasnil objev neutraacutelniacuteho partnera protonu kteryacute se dnes nazyacutevaacute neutron Chadwickem v roce 1932 Tento objev naviacutec zaacutesadně změnil představy fyziků o struktuře jader např jaacutedro dusiacuteku je tvořeno 7 protony a 7 neutrony a maacute tedy vlast-nosti bosonu jak to ukazuje experiment

21042023 64Gymnaacutezium Jan Keplera

Originaacutel prvniacute čaacutesti Pauliho dopisu

21042023 65Gymnaacutezium Jan Keplera

V Curychu dne 2 12 1930

Vaacuteženeacute radioaktivniacute daacutemy vaacuteženiacute radioaktivniacute paacutenoveacute

věnujte prosiacutem laskavou pozornost doručiteli tohoto dopisu Poviacute vaacutem jak jsem s ohledem na bdquošpatnouldquo statistiku jader dusiacuteku a lithia a na existenci spojiteacuteho spektra beta rozpadů přišel na zoufalou myšlenku jak zachraacutenit teoreacutem o statistice i zaacutekon zachovaniacute energie Jejiacute podstatou je předpoklad že v jaacutedrech existuje elektricky neutraacutelniacute čaacutestice se spinem frac12 kteraacute splňuje vylučovaciacute princip a kteraacute se lišiacute od fotonu takeacute tiacutem že se nepohybuje rychlostiacute světla Tato čaacutestice kterou budu nazyacutevat bdquoneutronldquo by měla miacutet hmotnost stejneacuteho řaacutedu jako elektron a v žaacutedneacutem přiacutepadě ne viacutece než 001 hmotnosti protonu Spojiteacute spektrum beta rozpadů by pak bylo vysvětleno tiacutem že v těchto rozpadech je s elektronem vyzaacuteřen vždy i neutron a to tak že součet energiiacute neutronu a elektronu je konstantniacute

Prvniacute čaacutest Pauliho dopisu

21042023 66Gymnaacutezium Jan Keplera

Připouštiacutem že moje vysvětleniacute se může zdaacutet absurdniacute neboť pokud neutrony existujiacute měly byacutet už daacutevno pozorovaacuteny Ale jen ten kdo si troufaacute může vyhraacutet Obtiacutežnou situaci se spojityacutem spektrem beta rozpadů ilustruje poznaacutemka meacuteho vaacuteženeacuteho předchůdce pana Debye jenž mi nedaacutevno v Bruselu řekl bdquoJe to jako s novyacutemi daněmi je nejlepšiacute na to nemysletldquo Proto by měla byacutet každeacute možneacute řešeniacute posouzeno A tak moji miliacute radioaktivniacute přaacuteteleacute posuzujte a suďte Jaacute bohužel do Tuumlbingen nepřijedu neboť moje přiacutetomnost je nepostradatelnaacute zde v Curychu na plese v noci z 6 na 7 prosince

Vaacuteš oddanyacute služebniacutekW Pauli

Zaacutevěr dopisu

21042023 67Gymnaacutezium Jan Keplera

14 MeVE

144 MeVE

042 MeVE

086 MeVE

21042023 68Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 69

Majiacute společnou charakteristiku lze je popsat pomociacute vyacuteměny zprostředkujiacuteciacutech čaacutestic se spinem 1 tzv

gravitačniacute elektromagnetickeacute slabeacutesilneacute

Siacutely mezi kvarky a leptony

intermediaacutelniacute vektoroveacute bosony (IVB)

Patřiacute do jedneacute třiacutedy tzv

kalibračniacutech teoriiacute jež představujiacute zaacutekladniacute raacutemec pro popis sil v mikrosvětě

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 70

Realita a scheacutema Rutherfordovaexperimentu

Cesta ke dnešniacutemu chaacutepaacuteniacute mikrosvěta začala zhruba před sto lety objevem atomoveacuteho jaacutedra

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 71

1948 Objev bdquopodivnyacutechldquo čaacutestic R Butler a jeho mlžnaacute komora

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 72

Pro zkoumaacuteniacute struktury protonu je nejvhodnějšiacute použiacutet jako projektil svazek elektronů jimž dobře rozumiacuteme

Od roku 1968 se na lineaacuterniacutem urychlovači elektronů ve Stanfordu zkoumaly nepružneacute sraacutežky elektronů s protony

5 k

m

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 73

na tomto zařiacutezeniacute

ktereacute je bdquojenldquo zvětšeninou Rutherfordova experimentu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 74

Zkoumaacuteniacute struktury protonu pokračovalo v letech 1989-2007 na urychlovači HERA

elektrony 27 GeV protony 920 GeV

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 75

Detektor experimentu H1 v DESY v Hamburku

proto

ny

elektrony

ve dvou hlavniacutech experimentech H1 jehož jsme se uacutečastnilia ZEUS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 76

Protonovyacute synchrotron

SPS

LEPLHC

Ženevskeacutejezero

Zaacutekladniacute informace o LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 77

Tunel LHC je 27 km dlouhyacute a cca 100 metrů pod zemiacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 78

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 79

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 80

Zaacutekladniacute parametry LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

expandujiacuteciacute vesmiacuter

zpomalovaniacuteexpanze

zrychlovaacuteniacute expanze

čas

1-14

mili

ard

let

Dnešniacute představa o hlavniacutech staacutediiacutech vyacutevoje vesmiacuteru

současnost

Nejvzdaacutelenějšiacutesupernova

zrychlovaacuteniacute expanze

21042023 55Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 56

Inflačniacute staacutedium vyacutevoje vesmiacuteruExponenciaacutelniacute expanze vesmiacuteru při niacutež během neuvěřitelně kraacutetkeacute doby vesmiacuter zvětšil svou velikost faktorem

Poloměrpozorovatelneacutehovesmiacuteru

expanze podlevelkeacuteho třesku

eacuteraInflace

inflačniacute model

čas od velkeacuteho třesku ve vteřinaacutech

polo

měr

vesm

iacuteru

standardniacute model

současnost

5010

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 57

Původce zrychlovaacuteniacute rozpiacutenaacuteniacute prostoru se nazyacutevaacute

Temnaacute energieJedineacute co je v souvislosti s temnou energiiacute jisteacute je že pro pochopeniacute podstaty a původu temneacute energie bude opět důležitaacute spolupraacutece fyziků čaacutestic a kosmologů

Kliacutečovou roli přitom bude hraacutet pojemvakua jenž maacute v kvantoveacute teorii pole velmi velmi netriviaacutelniacute obsah

Vakuum kvantoveacute teorie totiž neniacute praacutezdneacute a maacute zaacutepornyacute tlak

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 58

což v raacutemci obecneacute teorie relativity vede na

odpudivou gravitačniacute siacutelua vznik našeho vesmiacuteru jako oběd (skoro) zdarma

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 59

O tom a dalšiacutem piacuteše Hawking ve sveacute noveacute knize

Probleacutem ovšem neniacute pochopit proč se v sou- časneacute době rozpiacutenaacuteniacute prostoru zrychluje ale proč je toto zrychleniacute (naštěstiacute) 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000(a možnaacute ještě viacutece) kraacutet menšiacute než by mělo byacutet vezmeme-li jeho energii vaacutežně

Tohle je uacutestředniacute zaacutehada současneacute fyziky

21042023 60Gymnaacutezium Jan Keplera

Konec

21042023 61Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 62

zaacutepornyacute tlak

a praacutevě energie vakua pohaacuteniacute rozpiacutenaacuteniacute prostoru a způsobuje jeho zrychleniacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 63

historie naacutemi pozorovatelneacute čaacutesti vesmiacuteru

Všimněme si že Pauli se vlastně z většiacute čaacutesti myacutelil

Čaacutestice kteraacute vyřešila probleacutem spojiteacuteho spektra v β-rozpadu nehraje při vysvětleniacute statistiky jader dusiacuteku a lithia žaacutednou roli

Probleacutem statistiky jader se tyacutekal skutečnosti že podle tehdejšiacutech představ se jaacutedra sklaacutedala z protonů a elektronů Skutečnost že napřiacuteklad atomovaacute vaacuteha jader dusiacuteku je 14 a atomoveacute čiacuteslo jen 7 byla interpretovaacutena tak že jaacutedro dusiacuteku se sklaacutedaacute ze 14 protonů a 7 elektronů a mělo se proto chovat jako čaacutestice s poločiacuteselnyacutem spinem Přidaacuteniacutem jedneacute čaacutestice se spinem frac12 probleacutem vyřešilo ale bylo to jak se brzy ukaacutezalo nespraacutevneacute řešeniacute

Statistiku jader objasnil objev neutraacutelniacuteho partnera protonu kteryacute se dnes nazyacutevaacute neutron Chadwickem v roce 1932 Tento objev naviacutec zaacutesadně změnil představy fyziků o struktuře jader např jaacutedro dusiacuteku je tvořeno 7 protony a 7 neutrony a maacute tedy vlast-nosti bosonu jak to ukazuje experiment

21042023 64Gymnaacutezium Jan Keplera

Originaacutel prvniacute čaacutesti Pauliho dopisu

21042023 65Gymnaacutezium Jan Keplera

V Curychu dne 2 12 1930

Vaacuteženeacute radioaktivniacute daacutemy vaacuteženiacute radioaktivniacute paacutenoveacute

věnujte prosiacutem laskavou pozornost doručiteli tohoto dopisu Poviacute vaacutem jak jsem s ohledem na bdquošpatnouldquo statistiku jader dusiacuteku a lithia a na existenci spojiteacuteho spektra beta rozpadů přišel na zoufalou myšlenku jak zachraacutenit teoreacutem o statistice i zaacutekon zachovaniacute energie Jejiacute podstatou je předpoklad že v jaacutedrech existuje elektricky neutraacutelniacute čaacutestice se spinem frac12 kteraacute splňuje vylučovaciacute princip a kteraacute se lišiacute od fotonu takeacute tiacutem že se nepohybuje rychlostiacute světla Tato čaacutestice kterou budu nazyacutevat bdquoneutronldquo by měla miacutet hmotnost stejneacuteho řaacutedu jako elektron a v žaacutedneacutem přiacutepadě ne viacutece než 001 hmotnosti protonu Spojiteacute spektrum beta rozpadů by pak bylo vysvětleno tiacutem že v těchto rozpadech je s elektronem vyzaacuteřen vždy i neutron a to tak že součet energiiacute neutronu a elektronu je konstantniacute

Prvniacute čaacutest Pauliho dopisu

21042023 66Gymnaacutezium Jan Keplera

Připouštiacutem že moje vysvětleniacute se může zdaacutet absurdniacute neboť pokud neutrony existujiacute měly byacutet už daacutevno pozorovaacuteny Ale jen ten kdo si troufaacute může vyhraacutet Obtiacutežnou situaci se spojityacutem spektrem beta rozpadů ilustruje poznaacutemka meacuteho vaacuteženeacuteho předchůdce pana Debye jenž mi nedaacutevno v Bruselu řekl bdquoJe to jako s novyacutemi daněmi je nejlepšiacute na to nemysletldquo Proto by měla byacutet každeacute možneacute řešeniacute posouzeno A tak moji miliacute radioaktivniacute přaacuteteleacute posuzujte a suďte Jaacute bohužel do Tuumlbingen nepřijedu neboť moje přiacutetomnost je nepostradatelnaacute zde v Curychu na plese v noci z 6 na 7 prosince

Vaacuteš oddanyacute služebniacutekW Pauli

Zaacutevěr dopisu

21042023 67Gymnaacutezium Jan Keplera

14 MeVE

144 MeVE

042 MeVE

086 MeVE

21042023 68Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 69

Majiacute společnou charakteristiku lze je popsat pomociacute vyacuteměny zprostředkujiacuteciacutech čaacutestic se spinem 1 tzv

gravitačniacute elektromagnetickeacute slabeacutesilneacute

Siacutely mezi kvarky a leptony

intermediaacutelniacute vektoroveacute bosony (IVB)

Patřiacute do jedneacute třiacutedy tzv

kalibračniacutech teoriiacute jež představujiacute zaacutekladniacute raacutemec pro popis sil v mikrosvětě

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 70

Realita a scheacutema Rutherfordovaexperimentu

Cesta ke dnešniacutemu chaacutepaacuteniacute mikrosvěta začala zhruba před sto lety objevem atomoveacuteho jaacutedra

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 71

1948 Objev bdquopodivnyacutechldquo čaacutestic R Butler a jeho mlžnaacute komora

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 72

Pro zkoumaacuteniacute struktury protonu je nejvhodnějšiacute použiacutet jako projektil svazek elektronů jimž dobře rozumiacuteme

Od roku 1968 se na lineaacuterniacutem urychlovači elektronů ve Stanfordu zkoumaly nepružneacute sraacutežky elektronů s protony

5 k

m

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 73

na tomto zařiacutezeniacute

ktereacute je bdquojenldquo zvětšeninou Rutherfordova experimentu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 74

Zkoumaacuteniacute struktury protonu pokračovalo v letech 1989-2007 na urychlovači HERA

elektrony 27 GeV protony 920 GeV

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 75

Detektor experimentu H1 v DESY v Hamburku

proto

ny

elektrony

ve dvou hlavniacutech experimentech H1 jehož jsme se uacutečastnilia ZEUS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 76

Protonovyacute synchrotron

SPS

LEPLHC

Ženevskeacutejezero

Zaacutekladniacute informace o LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 77

Tunel LHC je 27 km dlouhyacute a cca 100 metrů pod zemiacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 78

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 79

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 80

Zaacutekladniacute parametry LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 56

Inflačniacute staacutedium vyacutevoje vesmiacuteruExponenciaacutelniacute expanze vesmiacuteru při niacutež během neuvěřitelně kraacutetkeacute doby vesmiacuter zvětšil svou velikost faktorem

Poloměrpozorovatelneacutehovesmiacuteru

expanze podlevelkeacuteho třesku

eacuteraInflace

inflačniacute model

čas od velkeacuteho třesku ve vteřinaacutech

polo

měr

vesm

iacuteru

standardniacute model

současnost

5010

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 57

Původce zrychlovaacuteniacute rozpiacutenaacuteniacute prostoru se nazyacutevaacute

Temnaacute energieJedineacute co je v souvislosti s temnou energiiacute jisteacute je že pro pochopeniacute podstaty a původu temneacute energie bude opět důležitaacute spolupraacutece fyziků čaacutestic a kosmologů

Kliacutečovou roli přitom bude hraacutet pojemvakua jenž maacute v kvantoveacute teorii pole velmi velmi netriviaacutelniacute obsah

Vakuum kvantoveacute teorie totiž neniacute praacutezdneacute a maacute zaacutepornyacute tlak

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 58

což v raacutemci obecneacute teorie relativity vede na

odpudivou gravitačniacute siacutelua vznik našeho vesmiacuteru jako oběd (skoro) zdarma

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 59

O tom a dalšiacutem piacuteše Hawking ve sveacute noveacute knize

Probleacutem ovšem neniacute pochopit proč se v sou- časneacute době rozpiacutenaacuteniacute prostoru zrychluje ale proč je toto zrychleniacute (naštěstiacute) 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000(a možnaacute ještě viacutece) kraacutet menšiacute než by mělo byacutet vezmeme-li jeho energii vaacutežně

Tohle je uacutestředniacute zaacutehada současneacute fyziky

21042023 60Gymnaacutezium Jan Keplera

Konec

21042023 61Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 62

zaacutepornyacute tlak

a praacutevě energie vakua pohaacuteniacute rozpiacutenaacuteniacute prostoru a způsobuje jeho zrychleniacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 63

historie naacutemi pozorovatelneacute čaacutesti vesmiacuteru

Všimněme si že Pauli se vlastně z většiacute čaacutesti myacutelil

Čaacutestice kteraacute vyřešila probleacutem spojiteacuteho spektra v β-rozpadu nehraje při vysvětleniacute statistiky jader dusiacuteku a lithia žaacutednou roli

Probleacutem statistiky jader se tyacutekal skutečnosti že podle tehdejšiacutech představ se jaacutedra sklaacutedala z protonů a elektronů Skutečnost že napřiacuteklad atomovaacute vaacuteha jader dusiacuteku je 14 a atomoveacute čiacuteslo jen 7 byla interpretovaacutena tak že jaacutedro dusiacuteku se sklaacutedaacute ze 14 protonů a 7 elektronů a mělo se proto chovat jako čaacutestice s poločiacuteselnyacutem spinem Přidaacuteniacutem jedneacute čaacutestice se spinem frac12 probleacutem vyřešilo ale bylo to jak se brzy ukaacutezalo nespraacutevneacute řešeniacute

Statistiku jader objasnil objev neutraacutelniacuteho partnera protonu kteryacute se dnes nazyacutevaacute neutron Chadwickem v roce 1932 Tento objev naviacutec zaacutesadně změnil představy fyziků o struktuře jader např jaacutedro dusiacuteku je tvořeno 7 protony a 7 neutrony a maacute tedy vlast-nosti bosonu jak to ukazuje experiment

21042023 64Gymnaacutezium Jan Keplera

Originaacutel prvniacute čaacutesti Pauliho dopisu

21042023 65Gymnaacutezium Jan Keplera

V Curychu dne 2 12 1930

Vaacuteženeacute radioaktivniacute daacutemy vaacuteženiacute radioaktivniacute paacutenoveacute

věnujte prosiacutem laskavou pozornost doručiteli tohoto dopisu Poviacute vaacutem jak jsem s ohledem na bdquošpatnouldquo statistiku jader dusiacuteku a lithia a na existenci spojiteacuteho spektra beta rozpadů přišel na zoufalou myšlenku jak zachraacutenit teoreacutem o statistice i zaacutekon zachovaniacute energie Jejiacute podstatou je předpoklad že v jaacutedrech existuje elektricky neutraacutelniacute čaacutestice se spinem frac12 kteraacute splňuje vylučovaciacute princip a kteraacute se lišiacute od fotonu takeacute tiacutem že se nepohybuje rychlostiacute světla Tato čaacutestice kterou budu nazyacutevat bdquoneutronldquo by měla miacutet hmotnost stejneacuteho řaacutedu jako elektron a v žaacutedneacutem přiacutepadě ne viacutece než 001 hmotnosti protonu Spojiteacute spektrum beta rozpadů by pak bylo vysvětleno tiacutem že v těchto rozpadech je s elektronem vyzaacuteřen vždy i neutron a to tak že součet energiiacute neutronu a elektronu je konstantniacute

Prvniacute čaacutest Pauliho dopisu

21042023 66Gymnaacutezium Jan Keplera

Připouštiacutem že moje vysvětleniacute se může zdaacutet absurdniacute neboť pokud neutrony existujiacute měly byacutet už daacutevno pozorovaacuteny Ale jen ten kdo si troufaacute může vyhraacutet Obtiacutežnou situaci se spojityacutem spektrem beta rozpadů ilustruje poznaacutemka meacuteho vaacuteženeacuteho předchůdce pana Debye jenž mi nedaacutevno v Bruselu řekl bdquoJe to jako s novyacutemi daněmi je nejlepšiacute na to nemysletldquo Proto by měla byacutet každeacute možneacute řešeniacute posouzeno A tak moji miliacute radioaktivniacute přaacuteteleacute posuzujte a suďte Jaacute bohužel do Tuumlbingen nepřijedu neboť moje přiacutetomnost je nepostradatelnaacute zde v Curychu na plese v noci z 6 na 7 prosince

Vaacuteš oddanyacute služebniacutekW Pauli

Zaacutevěr dopisu

21042023 67Gymnaacutezium Jan Keplera

14 MeVE

144 MeVE

042 MeVE

086 MeVE

21042023 68Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 69

Majiacute společnou charakteristiku lze je popsat pomociacute vyacuteměny zprostředkujiacuteciacutech čaacutestic se spinem 1 tzv

gravitačniacute elektromagnetickeacute slabeacutesilneacute

Siacutely mezi kvarky a leptony

intermediaacutelniacute vektoroveacute bosony (IVB)

Patřiacute do jedneacute třiacutedy tzv

kalibračniacutech teoriiacute jež představujiacute zaacutekladniacute raacutemec pro popis sil v mikrosvětě

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 70

Realita a scheacutema Rutherfordovaexperimentu

Cesta ke dnešniacutemu chaacutepaacuteniacute mikrosvěta začala zhruba před sto lety objevem atomoveacuteho jaacutedra

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 71

1948 Objev bdquopodivnyacutechldquo čaacutestic R Butler a jeho mlžnaacute komora

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 72

Pro zkoumaacuteniacute struktury protonu je nejvhodnějšiacute použiacutet jako projektil svazek elektronů jimž dobře rozumiacuteme

Od roku 1968 se na lineaacuterniacutem urychlovači elektronů ve Stanfordu zkoumaly nepružneacute sraacutežky elektronů s protony

5 k

m

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 73

na tomto zařiacutezeniacute

ktereacute je bdquojenldquo zvětšeninou Rutherfordova experimentu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 74

Zkoumaacuteniacute struktury protonu pokračovalo v letech 1989-2007 na urychlovači HERA

elektrony 27 GeV protony 920 GeV

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 75

Detektor experimentu H1 v DESY v Hamburku

proto

ny

elektrony

ve dvou hlavniacutech experimentech H1 jehož jsme se uacutečastnilia ZEUS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 76

Protonovyacute synchrotron

SPS

LEPLHC

Ženevskeacutejezero

Zaacutekladniacute informace o LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 77

Tunel LHC je 27 km dlouhyacute a cca 100 metrů pod zemiacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 78

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 79

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 80

Zaacutekladniacute parametry LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 57

Původce zrychlovaacuteniacute rozpiacutenaacuteniacute prostoru se nazyacutevaacute

Temnaacute energieJedineacute co je v souvislosti s temnou energiiacute jisteacute je že pro pochopeniacute podstaty a původu temneacute energie bude opět důležitaacute spolupraacutece fyziků čaacutestic a kosmologů

Kliacutečovou roli přitom bude hraacutet pojemvakua jenž maacute v kvantoveacute teorii pole velmi velmi netriviaacutelniacute obsah

Vakuum kvantoveacute teorie totiž neniacute praacutezdneacute a maacute zaacutepornyacute tlak

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 58

což v raacutemci obecneacute teorie relativity vede na

odpudivou gravitačniacute siacutelua vznik našeho vesmiacuteru jako oběd (skoro) zdarma

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 59

O tom a dalšiacutem piacuteše Hawking ve sveacute noveacute knize

Probleacutem ovšem neniacute pochopit proč se v sou- časneacute době rozpiacutenaacuteniacute prostoru zrychluje ale proč je toto zrychleniacute (naštěstiacute) 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000(a možnaacute ještě viacutece) kraacutet menšiacute než by mělo byacutet vezmeme-li jeho energii vaacutežně

Tohle je uacutestředniacute zaacutehada současneacute fyziky

21042023 60Gymnaacutezium Jan Keplera

Konec

21042023 61Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 62

zaacutepornyacute tlak

a praacutevě energie vakua pohaacuteniacute rozpiacutenaacuteniacute prostoru a způsobuje jeho zrychleniacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 63

historie naacutemi pozorovatelneacute čaacutesti vesmiacuteru

Všimněme si že Pauli se vlastně z většiacute čaacutesti myacutelil

Čaacutestice kteraacute vyřešila probleacutem spojiteacuteho spektra v β-rozpadu nehraje při vysvětleniacute statistiky jader dusiacuteku a lithia žaacutednou roli

Probleacutem statistiky jader se tyacutekal skutečnosti že podle tehdejšiacutech představ se jaacutedra sklaacutedala z protonů a elektronů Skutečnost že napřiacuteklad atomovaacute vaacuteha jader dusiacuteku je 14 a atomoveacute čiacuteslo jen 7 byla interpretovaacutena tak že jaacutedro dusiacuteku se sklaacutedaacute ze 14 protonů a 7 elektronů a mělo se proto chovat jako čaacutestice s poločiacuteselnyacutem spinem Přidaacuteniacutem jedneacute čaacutestice se spinem frac12 probleacutem vyřešilo ale bylo to jak se brzy ukaacutezalo nespraacutevneacute řešeniacute

Statistiku jader objasnil objev neutraacutelniacuteho partnera protonu kteryacute se dnes nazyacutevaacute neutron Chadwickem v roce 1932 Tento objev naviacutec zaacutesadně změnil představy fyziků o struktuře jader např jaacutedro dusiacuteku je tvořeno 7 protony a 7 neutrony a maacute tedy vlast-nosti bosonu jak to ukazuje experiment

21042023 64Gymnaacutezium Jan Keplera

Originaacutel prvniacute čaacutesti Pauliho dopisu

21042023 65Gymnaacutezium Jan Keplera

V Curychu dne 2 12 1930

Vaacuteženeacute radioaktivniacute daacutemy vaacuteženiacute radioaktivniacute paacutenoveacute

věnujte prosiacutem laskavou pozornost doručiteli tohoto dopisu Poviacute vaacutem jak jsem s ohledem na bdquošpatnouldquo statistiku jader dusiacuteku a lithia a na existenci spojiteacuteho spektra beta rozpadů přišel na zoufalou myšlenku jak zachraacutenit teoreacutem o statistice i zaacutekon zachovaniacute energie Jejiacute podstatou je předpoklad že v jaacutedrech existuje elektricky neutraacutelniacute čaacutestice se spinem frac12 kteraacute splňuje vylučovaciacute princip a kteraacute se lišiacute od fotonu takeacute tiacutem že se nepohybuje rychlostiacute světla Tato čaacutestice kterou budu nazyacutevat bdquoneutronldquo by měla miacutet hmotnost stejneacuteho řaacutedu jako elektron a v žaacutedneacutem přiacutepadě ne viacutece než 001 hmotnosti protonu Spojiteacute spektrum beta rozpadů by pak bylo vysvětleno tiacutem že v těchto rozpadech je s elektronem vyzaacuteřen vždy i neutron a to tak že součet energiiacute neutronu a elektronu je konstantniacute

Prvniacute čaacutest Pauliho dopisu

21042023 66Gymnaacutezium Jan Keplera

Připouštiacutem že moje vysvětleniacute se může zdaacutet absurdniacute neboť pokud neutrony existujiacute měly byacutet už daacutevno pozorovaacuteny Ale jen ten kdo si troufaacute může vyhraacutet Obtiacutežnou situaci se spojityacutem spektrem beta rozpadů ilustruje poznaacutemka meacuteho vaacuteženeacuteho předchůdce pana Debye jenž mi nedaacutevno v Bruselu řekl bdquoJe to jako s novyacutemi daněmi je nejlepšiacute na to nemysletldquo Proto by měla byacutet každeacute možneacute řešeniacute posouzeno A tak moji miliacute radioaktivniacute přaacuteteleacute posuzujte a suďte Jaacute bohužel do Tuumlbingen nepřijedu neboť moje přiacutetomnost je nepostradatelnaacute zde v Curychu na plese v noci z 6 na 7 prosince

Vaacuteš oddanyacute služebniacutekW Pauli

Zaacutevěr dopisu

21042023 67Gymnaacutezium Jan Keplera

14 MeVE

144 MeVE

042 MeVE

086 MeVE

21042023 68Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 69

Majiacute společnou charakteristiku lze je popsat pomociacute vyacuteměny zprostředkujiacuteciacutech čaacutestic se spinem 1 tzv

gravitačniacute elektromagnetickeacute slabeacutesilneacute

Siacutely mezi kvarky a leptony

intermediaacutelniacute vektoroveacute bosony (IVB)

Patřiacute do jedneacute třiacutedy tzv

kalibračniacutech teoriiacute jež představujiacute zaacutekladniacute raacutemec pro popis sil v mikrosvětě

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 70

Realita a scheacutema Rutherfordovaexperimentu

Cesta ke dnešniacutemu chaacutepaacuteniacute mikrosvěta začala zhruba před sto lety objevem atomoveacuteho jaacutedra

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 71

1948 Objev bdquopodivnyacutechldquo čaacutestic R Butler a jeho mlžnaacute komora

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 72

Pro zkoumaacuteniacute struktury protonu je nejvhodnějšiacute použiacutet jako projektil svazek elektronů jimž dobře rozumiacuteme

Od roku 1968 se na lineaacuterniacutem urychlovači elektronů ve Stanfordu zkoumaly nepružneacute sraacutežky elektronů s protony

5 k

m

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 73

na tomto zařiacutezeniacute

ktereacute je bdquojenldquo zvětšeninou Rutherfordova experimentu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 74

Zkoumaacuteniacute struktury protonu pokračovalo v letech 1989-2007 na urychlovači HERA

elektrony 27 GeV protony 920 GeV

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 75

Detektor experimentu H1 v DESY v Hamburku

proto

ny

elektrony

ve dvou hlavniacutech experimentech H1 jehož jsme se uacutečastnilia ZEUS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 76

Protonovyacute synchrotron

SPS

LEPLHC

Ženevskeacutejezero

Zaacutekladniacute informace o LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 77

Tunel LHC je 27 km dlouhyacute a cca 100 metrů pod zemiacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 78

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 79

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 80

Zaacutekladniacute parametry LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 58

což v raacutemci obecneacute teorie relativity vede na

odpudivou gravitačniacute siacutelua vznik našeho vesmiacuteru jako oběd (skoro) zdarma

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 59

O tom a dalšiacutem piacuteše Hawking ve sveacute noveacute knize

Probleacutem ovšem neniacute pochopit proč se v sou- časneacute době rozpiacutenaacuteniacute prostoru zrychluje ale proč je toto zrychleniacute (naštěstiacute) 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000(a možnaacute ještě viacutece) kraacutet menšiacute než by mělo byacutet vezmeme-li jeho energii vaacutežně

Tohle je uacutestředniacute zaacutehada současneacute fyziky

21042023 60Gymnaacutezium Jan Keplera

Konec

21042023 61Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 62

zaacutepornyacute tlak

a praacutevě energie vakua pohaacuteniacute rozpiacutenaacuteniacute prostoru a způsobuje jeho zrychleniacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 63

historie naacutemi pozorovatelneacute čaacutesti vesmiacuteru

Všimněme si že Pauli se vlastně z většiacute čaacutesti myacutelil

Čaacutestice kteraacute vyřešila probleacutem spojiteacuteho spektra v β-rozpadu nehraje při vysvětleniacute statistiky jader dusiacuteku a lithia žaacutednou roli

Probleacutem statistiky jader se tyacutekal skutečnosti že podle tehdejšiacutech představ se jaacutedra sklaacutedala z protonů a elektronů Skutečnost že napřiacuteklad atomovaacute vaacuteha jader dusiacuteku je 14 a atomoveacute čiacuteslo jen 7 byla interpretovaacutena tak že jaacutedro dusiacuteku se sklaacutedaacute ze 14 protonů a 7 elektronů a mělo se proto chovat jako čaacutestice s poločiacuteselnyacutem spinem Přidaacuteniacutem jedneacute čaacutestice se spinem frac12 probleacutem vyřešilo ale bylo to jak se brzy ukaacutezalo nespraacutevneacute řešeniacute

Statistiku jader objasnil objev neutraacutelniacuteho partnera protonu kteryacute se dnes nazyacutevaacute neutron Chadwickem v roce 1932 Tento objev naviacutec zaacutesadně změnil představy fyziků o struktuře jader např jaacutedro dusiacuteku je tvořeno 7 protony a 7 neutrony a maacute tedy vlast-nosti bosonu jak to ukazuje experiment

21042023 64Gymnaacutezium Jan Keplera

Originaacutel prvniacute čaacutesti Pauliho dopisu

21042023 65Gymnaacutezium Jan Keplera

V Curychu dne 2 12 1930

Vaacuteženeacute radioaktivniacute daacutemy vaacuteženiacute radioaktivniacute paacutenoveacute

věnujte prosiacutem laskavou pozornost doručiteli tohoto dopisu Poviacute vaacutem jak jsem s ohledem na bdquošpatnouldquo statistiku jader dusiacuteku a lithia a na existenci spojiteacuteho spektra beta rozpadů přišel na zoufalou myšlenku jak zachraacutenit teoreacutem o statistice i zaacutekon zachovaniacute energie Jejiacute podstatou je předpoklad že v jaacutedrech existuje elektricky neutraacutelniacute čaacutestice se spinem frac12 kteraacute splňuje vylučovaciacute princip a kteraacute se lišiacute od fotonu takeacute tiacutem že se nepohybuje rychlostiacute světla Tato čaacutestice kterou budu nazyacutevat bdquoneutronldquo by měla miacutet hmotnost stejneacuteho řaacutedu jako elektron a v žaacutedneacutem přiacutepadě ne viacutece než 001 hmotnosti protonu Spojiteacute spektrum beta rozpadů by pak bylo vysvětleno tiacutem že v těchto rozpadech je s elektronem vyzaacuteřen vždy i neutron a to tak že součet energiiacute neutronu a elektronu je konstantniacute

Prvniacute čaacutest Pauliho dopisu

21042023 66Gymnaacutezium Jan Keplera

Připouštiacutem že moje vysvětleniacute se může zdaacutet absurdniacute neboť pokud neutrony existujiacute měly byacutet už daacutevno pozorovaacuteny Ale jen ten kdo si troufaacute může vyhraacutet Obtiacutežnou situaci se spojityacutem spektrem beta rozpadů ilustruje poznaacutemka meacuteho vaacuteženeacuteho předchůdce pana Debye jenž mi nedaacutevno v Bruselu řekl bdquoJe to jako s novyacutemi daněmi je nejlepšiacute na to nemysletldquo Proto by měla byacutet každeacute možneacute řešeniacute posouzeno A tak moji miliacute radioaktivniacute přaacuteteleacute posuzujte a suďte Jaacute bohužel do Tuumlbingen nepřijedu neboť moje přiacutetomnost je nepostradatelnaacute zde v Curychu na plese v noci z 6 na 7 prosince

Vaacuteš oddanyacute služebniacutekW Pauli

Zaacutevěr dopisu

21042023 67Gymnaacutezium Jan Keplera

14 MeVE

144 MeVE

042 MeVE

086 MeVE

21042023 68Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 69

Majiacute společnou charakteristiku lze je popsat pomociacute vyacuteměny zprostředkujiacuteciacutech čaacutestic se spinem 1 tzv

gravitačniacute elektromagnetickeacute slabeacutesilneacute

Siacutely mezi kvarky a leptony

intermediaacutelniacute vektoroveacute bosony (IVB)

Patřiacute do jedneacute třiacutedy tzv

kalibračniacutech teoriiacute jež představujiacute zaacutekladniacute raacutemec pro popis sil v mikrosvětě

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 70

Realita a scheacutema Rutherfordovaexperimentu

Cesta ke dnešniacutemu chaacutepaacuteniacute mikrosvěta začala zhruba před sto lety objevem atomoveacuteho jaacutedra

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 71

1948 Objev bdquopodivnyacutechldquo čaacutestic R Butler a jeho mlžnaacute komora

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 72

Pro zkoumaacuteniacute struktury protonu je nejvhodnějšiacute použiacutet jako projektil svazek elektronů jimž dobře rozumiacuteme

Od roku 1968 se na lineaacuterniacutem urychlovači elektronů ve Stanfordu zkoumaly nepružneacute sraacutežky elektronů s protony

5 k

m

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 73

na tomto zařiacutezeniacute

ktereacute je bdquojenldquo zvětšeninou Rutherfordova experimentu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 74

Zkoumaacuteniacute struktury protonu pokračovalo v letech 1989-2007 na urychlovači HERA

elektrony 27 GeV protony 920 GeV

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 75

Detektor experimentu H1 v DESY v Hamburku

proto

ny

elektrony

ve dvou hlavniacutech experimentech H1 jehož jsme se uacutečastnilia ZEUS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 76

Protonovyacute synchrotron

SPS

LEPLHC

Ženevskeacutejezero

Zaacutekladniacute informace o LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 77

Tunel LHC je 27 km dlouhyacute a cca 100 metrů pod zemiacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 78

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 79

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 80

Zaacutekladniacute parametry LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 59

O tom a dalšiacutem piacuteše Hawking ve sveacute noveacute knize

Probleacutem ovšem neniacute pochopit proč se v sou- časneacute době rozpiacutenaacuteniacute prostoru zrychluje ale proč je toto zrychleniacute (naštěstiacute) 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000(a možnaacute ještě viacutece) kraacutet menšiacute než by mělo byacutet vezmeme-li jeho energii vaacutežně

Tohle je uacutestředniacute zaacutehada současneacute fyziky

21042023 60Gymnaacutezium Jan Keplera

Konec

21042023 61Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 62

zaacutepornyacute tlak

a praacutevě energie vakua pohaacuteniacute rozpiacutenaacuteniacute prostoru a způsobuje jeho zrychleniacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 63

historie naacutemi pozorovatelneacute čaacutesti vesmiacuteru

Všimněme si že Pauli se vlastně z většiacute čaacutesti myacutelil

Čaacutestice kteraacute vyřešila probleacutem spojiteacuteho spektra v β-rozpadu nehraje při vysvětleniacute statistiky jader dusiacuteku a lithia žaacutednou roli

Probleacutem statistiky jader se tyacutekal skutečnosti že podle tehdejšiacutech představ se jaacutedra sklaacutedala z protonů a elektronů Skutečnost že napřiacuteklad atomovaacute vaacuteha jader dusiacuteku je 14 a atomoveacute čiacuteslo jen 7 byla interpretovaacutena tak že jaacutedro dusiacuteku se sklaacutedaacute ze 14 protonů a 7 elektronů a mělo se proto chovat jako čaacutestice s poločiacuteselnyacutem spinem Přidaacuteniacutem jedneacute čaacutestice se spinem frac12 probleacutem vyřešilo ale bylo to jak se brzy ukaacutezalo nespraacutevneacute řešeniacute

Statistiku jader objasnil objev neutraacutelniacuteho partnera protonu kteryacute se dnes nazyacutevaacute neutron Chadwickem v roce 1932 Tento objev naviacutec zaacutesadně změnil představy fyziků o struktuře jader např jaacutedro dusiacuteku je tvořeno 7 protony a 7 neutrony a maacute tedy vlast-nosti bosonu jak to ukazuje experiment

21042023 64Gymnaacutezium Jan Keplera

Originaacutel prvniacute čaacutesti Pauliho dopisu

21042023 65Gymnaacutezium Jan Keplera

V Curychu dne 2 12 1930

Vaacuteženeacute radioaktivniacute daacutemy vaacuteženiacute radioaktivniacute paacutenoveacute

věnujte prosiacutem laskavou pozornost doručiteli tohoto dopisu Poviacute vaacutem jak jsem s ohledem na bdquošpatnouldquo statistiku jader dusiacuteku a lithia a na existenci spojiteacuteho spektra beta rozpadů přišel na zoufalou myšlenku jak zachraacutenit teoreacutem o statistice i zaacutekon zachovaniacute energie Jejiacute podstatou je předpoklad že v jaacutedrech existuje elektricky neutraacutelniacute čaacutestice se spinem frac12 kteraacute splňuje vylučovaciacute princip a kteraacute se lišiacute od fotonu takeacute tiacutem že se nepohybuje rychlostiacute světla Tato čaacutestice kterou budu nazyacutevat bdquoneutronldquo by měla miacutet hmotnost stejneacuteho řaacutedu jako elektron a v žaacutedneacutem přiacutepadě ne viacutece než 001 hmotnosti protonu Spojiteacute spektrum beta rozpadů by pak bylo vysvětleno tiacutem že v těchto rozpadech je s elektronem vyzaacuteřen vždy i neutron a to tak že součet energiiacute neutronu a elektronu je konstantniacute

Prvniacute čaacutest Pauliho dopisu

21042023 66Gymnaacutezium Jan Keplera

Připouštiacutem že moje vysvětleniacute se může zdaacutet absurdniacute neboť pokud neutrony existujiacute měly byacutet už daacutevno pozorovaacuteny Ale jen ten kdo si troufaacute může vyhraacutet Obtiacutežnou situaci se spojityacutem spektrem beta rozpadů ilustruje poznaacutemka meacuteho vaacuteženeacuteho předchůdce pana Debye jenž mi nedaacutevno v Bruselu řekl bdquoJe to jako s novyacutemi daněmi je nejlepšiacute na to nemysletldquo Proto by měla byacutet každeacute možneacute řešeniacute posouzeno A tak moji miliacute radioaktivniacute přaacuteteleacute posuzujte a suďte Jaacute bohužel do Tuumlbingen nepřijedu neboť moje přiacutetomnost je nepostradatelnaacute zde v Curychu na plese v noci z 6 na 7 prosince

Vaacuteš oddanyacute služebniacutekW Pauli

Zaacutevěr dopisu

21042023 67Gymnaacutezium Jan Keplera

14 MeVE

144 MeVE

042 MeVE

086 MeVE

21042023 68Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 69

Majiacute společnou charakteristiku lze je popsat pomociacute vyacuteměny zprostředkujiacuteciacutech čaacutestic se spinem 1 tzv

gravitačniacute elektromagnetickeacute slabeacutesilneacute

Siacutely mezi kvarky a leptony

intermediaacutelniacute vektoroveacute bosony (IVB)

Patřiacute do jedneacute třiacutedy tzv

kalibračniacutech teoriiacute jež představujiacute zaacutekladniacute raacutemec pro popis sil v mikrosvětě

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 70

Realita a scheacutema Rutherfordovaexperimentu

Cesta ke dnešniacutemu chaacutepaacuteniacute mikrosvěta začala zhruba před sto lety objevem atomoveacuteho jaacutedra

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 71

1948 Objev bdquopodivnyacutechldquo čaacutestic R Butler a jeho mlžnaacute komora

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 72

Pro zkoumaacuteniacute struktury protonu je nejvhodnějšiacute použiacutet jako projektil svazek elektronů jimž dobře rozumiacuteme

Od roku 1968 se na lineaacuterniacutem urychlovači elektronů ve Stanfordu zkoumaly nepružneacute sraacutežky elektronů s protony

5 k

m

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 73

na tomto zařiacutezeniacute

ktereacute je bdquojenldquo zvětšeninou Rutherfordova experimentu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 74

Zkoumaacuteniacute struktury protonu pokračovalo v letech 1989-2007 na urychlovači HERA

elektrony 27 GeV protony 920 GeV

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 75

Detektor experimentu H1 v DESY v Hamburku

proto

ny

elektrony

ve dvou hlavniacutech experimentech H1 jehož jsme se uacutečastnilia ZEUS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 76

Protonovyacute synchrotron

SPS

LEPLHC

Ženevskeacutejezero

Zaacutekladniacute informace o LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 77

Tunel LHC je 27 km dlouhyacute a cca 100 metrů pod zemiacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 78

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 79

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 80

Zaacutekladniacute parametry LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

Probleacutem ovšem neniacute pochopit proč se v sou- časneacute době rozpiacutenaacuteniacute prostoru zrychluje ale proč je toto zrychleniacute (naštěstiacute) 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000(a možnaacute ještě viacutece) kraacutet menšiacute než by mělo byacutet vezmeme-li jeho energii vaacutežně

Tohle je uacutestředniacute zaacutehada současneacute fyziky

21042023 60Gymnaacutezium Jan Keplera

Konec

21042023 61Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 62

zaacutepornyacute tlak

a praacutevě energie vakua pohaacuteniacute rozpiacutenaacuteniacute prostoru a způsobuje jeho zrychleniacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 63

historie naacutemi pozorovatelneacute čaacutesti vesmiacuteru

Všimněme si že Pauli se vlastně z většiacute čaacutesti myacutelil

Čaacutestice kteraacute vyřešila probleacutem spojiteacuteho spektra v β-rozpadu nehraje při vysvětleniacute statistiky jader dusiacuteku a lithia žaacutednou roli

Probleacutem statistiky jader se tyacutekal skutečnosti že podle tehdejšiacutech představ se jaacutedra sklaacutedala z protonů a elektronů Skutečnost že napřiacuteklad atomovaacute vaacuteha jader dusiacuteku je 14 a atomoveacute čiacuteslo jen 7 byla interpretovaacutena tak že jaacutedro dusiacuteku se sklaacutedaacute ze 14 protonů a 7 elektronů a mělo se proto chovat jako čaacutestice s poločiacuteselnyacutem spinem Přidaacuteniacutem jedneacute čaacutestice se spinem frac12 probleacutem vyřešilo ale bylo to jak se brzy ukaacutezalo nespraacutevneacute řešeniacute

Statistiku jader objasnil objev neutraacutelniacuteho partnera protonu kteryacute se dnes nazyacutevaacute neutron Chadwickem v roce 1932 Tento objev naviacutec zaacutesadně změnil představy fyziků o struktuře jader např jaacutedro dusiacuteku je tvořeno 7 protony a 7 neutrony a maacute tedy vlast-nosti bosonu jak to ukazuje experiment

21042023 64Gymnaacutezium Jan Keplera

Originaacutel prvniacute čaacutesti Pauliho dopisu

21042023 65Gymnaacutezium Jan Keplera

V Curychu dne 2 12 1930

Vaacuteženeacute radioaktivniacute daacutemy vaacuteženiacute radioaktivniacute paacutenoveacute

věnujte prosiacutem laskavou pozornost doručiteli tohoto dopisu Poviacute vaacutem jak jsem s ohledem na bdquošpatnouldquo statistiku jader dusiacuteku a lithia a na existenci spojiteacuteho spektra beta rozpadů přišel na zoufalou myšlenku jak zachraacutenit teoreacutem o statistice i zaacutekon zachovaniacute energie Jejiacute podstatou je předpoklad že v jaacutedrech existuje elektricky neutraacutelniacute čaacutestice se spinem frac12 kteraacute splňuje vylučovaciacute princip a kteraacute se lišiacute od fotonu takeacute tiacutem že se nepohybuje rychlostiacute světla Tato čaacutestice kterou budu nazyacutevat bdquoneutronldquo by měla miacutet hmotnost stejneacuteho řaacutedu jako elektron a v žaacutedneacutem přiacutepadě ne viacutece než 001 hmotnosti protonu Spojiteacute spektrum beta rozpadů by pak bylo vysvětleno tiacutem že v těchto rozpadech je s elektronem vyzaacuteřen vždy i neutron a to tak že součet energiiacute neutronu a elektronu je konstantniacute

Prvniacute čaacutest Pauliho dopisu

21042023 66Gymnaacutezium Jan Keplera

Připouštiacutem že moje vysvětleniacute se může zdaacutet absurdniacute neboť pokud neutrony existujiacute měly byacutet už daacutevno pozorovaacuteny Ale jen ten kdo si troufaacute může vyhraacutet Obtiacutežnou situaci se spojityacutem spektrem beta rozpadů ilustruje poznaacutemka meacuteho vaacuteženeacuteho předchůdce pana Debye jenž mi nedaacutevno v Bruselu řekl bdquoJe to jako s novyacutemi daněmi je nejlepšiacute na to nemysletldquo Proto by měla byacutet každeacute možneacute řešeniacute posouzeno A tak moji miliacute radioaktivniacute přaacuteteleacute posuzujte a suďte Jaacute bohužel do Tuumlbingen nepřijedu neboť moje přiacutetomnost je nepostradatelnaacute zde v Curychu na plese v noci z 6 na 7 prosince

Vaacuteš oddanyacute služebniacutekW Pauli

Zaacutevěr dopisu

21042023 67Gymnaacutezium Jan Keplera

14 MeVE

144 MeVE

042 MeVE

086 MeVE

21042023 68Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 69

Majiacute společnou charakteristiku lze je popsat pomociacute vyacuteměny zprostředkujiacuteciacutech čaacutestic se spinem 1 tzv

gravitačniacute elektromagnetickeacute slabeacutesilneacute

Siacutely mezi kvarky a leptony

intermediaacutelniacute vektoroveacute bosony (IVB)

Patřiacute do jedneacute třiacutedy tzv

kalibračniacutech teoriiacute jež představujiacute zaacutekladniacute raacutemec pro popis sil v mikrosvětě

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 70

Realita a scheacutema Rutherfordovaexperimentu

Cesta ke dnešniacutemu chaacutepaacuteniacute mikrosvěta začala zhruba před sto lety objevem atomoveacuteho jaacutedra

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 71

1948 Objev bdquopodivnyacutechldquo čaacutestic R Butler a jeho mlžnaacute komora

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 72

Pro zkoumaacuteniacute struktury protonu je nejvhodnějšiacute použiacutet jako projektil svazek elektronů jimž dobře rozumiacuteme

Od roku 1968 se na lineaacuterniacutem urychlovači elektronů ve Stanfordu zkoumaly nepružneacute sraacutežky elektronů s protony

5 k

m

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 73

na tomto zařiacutezeniacute

ktereacute je bdquojenldquo zvětšeninou Rutherfordova experimentu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 74

Zkoumaacuteniacute struktury protonu pokračovalo v letech 1989-2007 na urychlovači HERA

elektrony 27 GeV protony 920 GeV

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 75

Detektor experimentu H1 v DESY v Hamburku

proto

ny

elektrony

ve dvou hlavniacutech experimentech H1 jehož jsme se uacutečastnilia ZEUS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 76

Protonovyacute synchrotron

SPS

LEPLHC

Ženevskeacutejezero

Zaacutekladniacute informace o LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 77

Tunel LHC je 27 km dlouhyacute a cca 100 metrů pod zemiacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 78

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 79

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 80

Zaacutekladniacute parametry LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

Konec

21042023 61Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 62

zaacutepornyacute tlak

a praacutevě energie vakua pohaacuteniacute rozpiacutenaacuteniacute prostoru a způsobuje jeho zrychleniacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 63

historie naacutemi pozorovatelneacute čaacutesti vesmiacuteru

Všimněme si že Pauli se vlastně z většiacute čaacutesti myacutelil

Čaacutestice kteraacute vyřešila probleacutem spojiteacuteho spektra v β-rozpadu nehraje při vysvětleniacute statistiky jader dusiacuteku a lithia žaacutednou roli

Probleacutem statistiky jader se tyacutekal skutečnosti že podle tehdejšiacutech představ se jaacutedra sklaacutedala z protonů a elektronů Skutečnost že napřiacuteklad atomovaacute vaacuteha jader dusiacuteku je 14 a atomoveacute čiacuteslo jen 7 byla interpretovaacutena tak že jaacutedro dusiacuteku se sklaacutedaacute ze 14 protonů a 7 elektronů a mělo se proto chovat jako čaacutestice s poločiacuteselnyacutem spinem Přidaacuteniacutem jedneacute čaacutestice se spinem frac12 probleacutem vyřešilo ale bylo to jak se brzy ukaacutezalo nespraacutevneacute řešeniacute

Statistiku jader objasnil objev neutraacutelniacuteho partnera protonu kteryacute se dnes nazyacutevaacute neutron Chadwickem v roce 1932 Tento objev naviacutec zaacutesadně změnil představy fyziků o struktuře jader např jaacutedro dusiacuteku je tvořeno 7 protony a 7 neutrony a maacute tedy vlast-nosti bosonu jak to ukazuje experiment

21042023 64Gymnaacutezium Jan Keplera

Originaacutel prvniacute čaacutesti Pauliho dopisu

21042023 65Gymnaacutezium Jan Keplera

V Curychu dne 2 12 1930

Vaacuteženeacute radioaktivniacute daacutemy vaacuteženiacute radioaktivniacute paacutenoveacute

věnujte prosiacutem laskavou pozornost doručiteli tohoto dopisu Poviacute vaacutem jak jsem s ohledem na bdquošpatnouldquo statistiku jader dusiacuteku a lithia a na existenci spojiteacuteho spektra beta rozpadů přišel na zoufalou myšlenku jak zachraacutenit teoreacutem o statistice i zaacutekon zachovaniacute energie Jejiacute podstatou je předpoklad že v jaacutedrech existuje elektricky neutraacutelniacute čaacutestice se spinem frac12 kteraacute splňuje vylučovaciacute princip a kteraacute se lišiacute od fotonu takeacute tiacutem že se nepohybuje rychlostiacute světla Tato čaacutestice kterou budu nazyacutevat bdquoneutronldquo by měla miacutet hmotnost stejneacuteho řaacutedu jako elektron a v žaacutedneacutem přiacutepadě ne viacutece než 001 hmotnosti protonu Spojiteacute spektrum beta rozpadů by pak bylo vysvětleno tiacutem že v těchto rozpadech je s elektronem vyzaacuteřen vždy i neutron a to tak že součet energiiacute neutronu a elektronu je konstantniacute

Prvniacute čaacutest Pauliho dopisu

21042023 66Gymnaacutezium Jan Keplera

Připouštiacutem že moje vysvětleniacute se může zdaacutet absurdniacute neboť pokud neutrony existujiacute měly byacutet už daacutevno pozorovaacuteny Ale jen ten kdo si troufaacute může vyhraacutet Obtiacutežnou situaci se spojityacutem spektrem beta rozpadů ilustruje poznaacutemka meacuteho vaacuteženeacuteho předchůdce pana Debye jenž mi nedaacutevno v Bruselu řekl bdquoJe to jako s novyacutemi daněmi je nejlepšiacute na to nemysletldquo Proto by měla byacutet každeacute možneacute řešeniacute posouzeno A tak moji miliacute radioaktivniacute přaacuteteleacute posuzujte a suďte Jaacute bohužel do Tuumlbingen nepřijedu neboť moje přiacutetomnost je nepostradatelnaacute zde v Curychu na plese v noci z 6 na 7 prosince

Vaacuteš oddanyacute služebniacutekW Pauli

Zaacutevěr dopisu

21042023 67Gymnaacutezium Jan Keplera

14 MeVE

144 MeVE

042 MeVE

086 MeVE

21042023 68Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 69

Majiacute společnou charakteristiku lze je popsat pomociacute vyacuteměny zprostředkujiacuteciacutech čaacutestic se spinem 1 tzv

gravitačniacute elektromagnetickeacute slabeacutesilneacute

Siacutely mezi kvarky a leptony

intermediaacutelniacute vektoroveacute bosony (IVB)

Patřiacute do jedneacute třiacutedy tzv

kalibračniacutech teoriiacute jež představujiacute zaacutekladniacute raacutemec pro popis sil v mikrosvětě

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 70

Realita a scheacutema Rutherfordovaexperimentu

Cesta ke dnešniacutemu chaacutepaacuteniacute mikrosvěta začala zhruba před sto lety objevem atomoveacuteho jaacutedra

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 71

1948 Objev bdquopodivnyacutechldquo čaacutestic R Butler a jeho mlžnaacute komora

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 72

Pro zkoumaacuteniacute struktury protonu je nejvhodnějšiacute použiacutet jako projektil svazek elektronů jimž dobře rozumiacuteme

Od roku 1968 se na lineaacuterniacutem urychlovači elektronů ve Stanfordu zkoumaly nepružneacute sraacutežky elektronů s protony

5 k

m

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 73

na tomto zařiacutezeniacute

ktereacute je bdquojenldquo zvětšeninou Rutherfordova experimentu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 74

Zkoumaacuteniacute struktury protonu pokračovalo v letech 1989-2007 na urychlovači HERA

elektrony 27 GeV protony 920 GeV

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 75

Detektor experimentu H1 v DESY v Hamburku

proto

ny

elektrony

ve dvou hlavniacutech experimentech H1 jehož jsme se uacutečastnilia ZEUS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 76

Protonovyacute synchrotron

SPS

LEPLHC

Ženevskeacutejezero

Zaacutekladniacute informace o LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 77

Tunel LHC je 27 km dlouhyacute a cca 100 metrů pod zemiacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 78

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 79

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 80

Zaacutekladniacute parametry LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 62

zaacutepornyacute tlak

a praacutevě energie vakua pohaacuteniacute rozpiacutenaacuteniacute prostoru a způsobuje jeho zrychleniacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 63

historie naacutemi pozorovatelneacute čaacutesti vesmiacuteru

Všimněme si že Pauli se vlastně z většiacute čaacutesti myacutelil

Čaacutestice kteraacute vyřešila probleacutem spojiteacuteho spektra v β-rozpadu nehraje při vysvětleniacute statistiky jader dusiacuteku a lithia žaacutednou roli

Probleacutem statistiky jader se tyacutekal skutečnosti že podle tehdejšiacutech představ se jaacutedra sklaacutedala z protonů a elektronů Skutečnost že napřiacuteklad atomovaacute vaacuteha jader dusiacuteku je 14 a atomoveacute čiacuteslo jen 7 byla interpretovaacutena tak že jaacutedro dusiacuteku se sklaacutedaacute ze 14 protonů a 7 elektronů a mělo se proto chovat jako čaacutestice s poločiacuteselnyacutem spinem Přidaacuteniacutem jedneacute čaacutestice se spinem frac12 probleacutem vyřešilo ale bylo to jak se brzy ukaacutezalo nespraacutevneacute řešeniacute

Statistiku jader objasnil objev neutraacutelniacuteho partnera protonu kteryacute se dnes nazyacutevaacute neutron Chadwickem v roce 1932 Tento objev naviacutec zaacutesadně změnil představy fyziků o struktuře jader např jaacutedro dusiacuteku je tvořeno 7 protony a 7 neutrony a maacute tedy vlast-nosti bosonu jak to ukazuje experiment

21042023 64Gymnaacutezium Jan Keplera

Originaacutel prvniacute čaacutesti Pauliho dopisu

21042023 65Gymnaacutezium Jan Keplera

V Curychu dne 2 12 1930

Vaacuteženeacute radioaktivniacute daacutemy vaacuteženiacute radioaktivniacute paacutenoveacute

věnujte prosiacutem laskavou pozornost doručiteli tohoto dopisu Poviacute vaacutem jak jsem s ohledem na bdquošpatnouldquo statistiku jader dusiacuteku a lithia a na existenci spojiteacuteho spektra beta rozpadů přišel na zoufalou myšlenku jak zachraacutenit teoreacutem o statistice i zaacutekon zachovaniacute energie Jejiacute podstatou je předpoklad že v jaacutedrech existuje elektricky neutraacutelniacute čaacutestice se spinem frac12 kteraacute splňuje vylučovaciacute princip a kteraacute se lišiacute od fotonu takeacute tiacutem že se nepohybuje rychlostiacute světla Tato čaacutestice kterou budu nazyacutevat bdquoneutronldquo by měla miacutet hmotnost stejneacuteho řaacutedu jako elektron a v žaacutedneacutem přiacutepadě ne viacutece než 001 hmotnosti protonu Spojiteacute spektrum beta rozpadů by pak bylo vysvětleno tiacutem že v těchto rozpadech je s elektronem vyzaacuteřen vždy i neutron a to tak že součet energiiacute neutronu a elektronu je konstantniacute

Prvniacute čaacutest Pauliho dopisu

21042023 66Gymnaacutezium Jan Keplera

Připouštiacutem že moje vysvětleniacute se může zdaacutet absurdniacute neboť pokud neutrony existujiacute měly byacutet už daacutevno pozorovaacuteny Ale jen ten kdo si troufaacute může vyhraacutet Obtiacutežnou situaci se spojityacutem spektrem beta rozpadů ilustruje poznaacutemka meacuteho vaacuteženeacuteho předchůdce pana Debye jenž mi nedaacutevno v Bruselu řekl bdquoJe to jako s novyacutemi daněmi je nejlepšiacute na to nemysletldquo Proto by měla byacutet každeacute možneacute řešeniacute posouzeno A tak moji miliacute radioaktivniacute přaacuteteleacute posuzujte a suďte Jaacute bohužel do Tuumlbingen nepřijedu neboť moje přiacutetomnost je nepostradatelnaacute zde v Curychu na plese v noci z 6 na 7 prosince

Vaacuteš oddanyacute služebniacutekW Pauli

Zaacutevěr dopisu

21042023 67Gymnaacutezium Jan Keplera

14 MeVE

144 MeVE

042 MeVE

086 MeVE

21042023 68Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 69

Majiacute společnou charakteristiku lze je popsat pomociacute vyacuteměny zprostředkujiacuteciacutech čaacutestic se spinem 1 tzv

gravitačniacute elektromagnetickeacute slabeacutesilneacute

Siacutely mezi kvarky a leptony

intermediaacutelniacute vektoroveacute bosony (IVB)

Patřiacute do jedneacute třiacutedy tzv

kalibračniacutech teoriiacute jež představujiacute zaacutekladniacute raacutemec pro popis sil v mikrosvětě

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 70

Realita a scheacutema Rutherfordovaexperimentu

Cesta ke dnešniacutemu chaacutepaacuteniacute mikrosvěta začala zhruba před sto lety objevem atomoveacuteho jaacutedra

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 71

1948 Objev bdquopodivnyacutechldquo čaacutestic R Butler a jeho mlžnaacute komora

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 72

Pro zkoumaacuteniacute struktury protonu je nejvhodnějšiacute použiacutet jako projektil svazek elektronů jimž dobře rozumiacuteme

Od roku 1968 se na lineaacuterniacutem urychlovači elektronů ve Stanfordu zkoumaly nepružneacute sraacutežky elektronů s protony

5 k

m

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 73

na tomto zařiacutezeniacute

ktereacute je bdquojenldquo zvětšeninou Rutherfordova experimentu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 74

Zkoumaacuteniacute struktury protonu pokračovalo v letech 1989-2007 na urychlovači HERA

elektrony 27 GeV protony 920 GeV

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 75

Detektor experimentu H1 v DESY v Hamburku

proto

ny

elektrony

ve dvou hlavniacutech experimentech H1 jehož jsme se uacutečastnilia ZEUS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 76

Protonovyacute synchrotron

SPS

LEPLHC

Ženevskeacutejezero

Zaacutekladniacute informace o LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 77

Tunel LHC je 27 km dlouhyacute a cca 100 metrů pod zemiacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 78

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 79

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 80

Zaacutekladniacute parametry LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 63

historie naacutemi pozorovatelneacute čaacutesti vesmiacuteru

Všimněme si že Pauli se vlastně z většiacute čaacutesti myacutelil

Čaacutestice kteraacute vyřešila probleacutem spojiteacuteho spektra v β-rozpadu nehraje při vysvětleniacute statistiky jader dusiacuteku a lithia žaacutednou roli

Probleacutem statistiky jader se tyacutekal skutečnosti že podle tehdejšiacutech představ se jaacutedra sklaacutedala z protonů a elektronů Skutečnost že napřiacuteklad atomovaacute vaacuteha jader dusiacuteku je 14 a atomoveacute čiacuteslo jen 7 byla interpretovaacutena tak že jaacutedro dusiacuteku se sklaacutedaacute ze 14 protonů a 7 elektronů a mělo se proto chovat jako čaacutestice s poločiacuteselnyacutem spinem Přidaacuteniacutem jedneacute čaacutestice se spinem frac12 probleacutem vyřešilo ale bylo to jak se brzy ukaacutezalo nespraacutevneacute řešeniacute

Statistiku jader objasnil objev neutraacutelniacuteho partnera protonu kteryacute se dnes nazyacutevaacute neutron Chadwickem v roce 1932 Tento objev naviacutec zaacutesadně změnil představy fyziků o struktuře jader např jaacutedro dusiacuteku je tvořeno 7 protony a 7 neutrony a maacute tedy vlast-nosti bosonu jak to ukazuje experiment

21042023 64Gymnaacutezium Jan Keplera

Originaacutel prvniacute čaacutesti Pauliho dopisu

21042023 65Gymnaacutezium Jan Keplera

V Curychu dne 2 12 1930

Vaacuteženeacute radioaktivniacute daacutemy vaacuteženiacute radioaktivniacute paacutenoveacute

věnujte prosiacutem laskavou pozornost doručiteli tohoto dopisu Poviacute vaacutem jak jsem s ohledem na bdquošpatnouldquo statistiku jader dusiacuteku a lithia a na existenci spojiteacuteho spektra beta rozpadů přišel na zoufalou myšlenku jak zachraacutenit teoreacutem o statistice i zaacutekon zachovaniacute energie Jejiacute podstatou je předpoklad že v jaacutedrech existuje elektricky neutraacutelniacute čaacutestice se spinem frac12 kteraacute splňuje vylučovaciacute princip a kteraacute se lišiacute od fotonu takeacute tiacutem že se nepohybuje rychlostiacute světla Tato čaacutestice kterou budu nazyacutevat bdquoneutronldquo by měla miacutet hmotnost stejneacuteho řaacutedu jako elektron a v žaacutedneacutem přiacutepadě ne viacutece než 001 hmotnosti protonu Spojiteacute spektrum beta rozpadů by pak bylo vysvětleno tiacutem že v těchto rozpadech je s elektronem vyzaacuteřen vždy i neutron a to tak že součet energiiacute neutronu a elektronu je konstantniacute

Prvniacute čaacutest Pauliho dopisu

21042023 66Gymnaacutezium Jan Keplera

Připouštiacutem že moje vysvětleniacute se může zdaacutet absurdniacute neboť pokud neutrony existujiacute měly byacutet už daacutevno pozorovaacuteny Ale jen ten kdo si troufaacute může vyhraacutet Obtiacutežnou situaci se spojityacutem spektrem beta rozpadů ilustruje poznaacutemka meacuteho vaacuteženeacuteho předchůdce pana Debye jenž mi nedaacutevno v Bruselu řekl bdquoJe to jako s novyacutemi daněmi je nejlepšiacute na to nemysletldquo Proto by měla byacutet každeacute možneacute řešeniacute posouzeno A tak moji miliacute radioaktivniacute přaacuteteleacute posuzujte a suďte Jaacute bohužel do Tuumlbingen nepřijedu neboť moje přiacutetomnost je nepostradatelnaacute zde v Curychu na plese v noci z 6 na 7 prosince

Vaacuteš oddanyacute služebniacutekW Pauli

Zaacutevěr dopisu

21042023 67Gymnaacutezium Jan Keplera

14 MeVE

144 MeVE

042 MeVE

086 MeVE

21042023 68Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 69

Majiacute společnou charakteristiku lze je popsat pomociacute vyacuteměny zprostředkujiacuteciacutech čaacutestic se spinem 1 tzv

gravitačniacute elektromagnetickeacute slabeacutesilneacute

Siacutely mezi kvarky a leptony

intermediaacutelniacute vektoroveacute bosony (IVB)

Patřiacute do jedneacute třiacutedy tzv

kalibračniacutech teoriiacute jež představujiacute zaacutekladniacute raacutemec pro popis sil v mikrosvětě

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 70

Realita a scheacutema Rutherfordovaexperimentu

Cesta ke dnešniacutemu chaacutepaacuteniacute mikrosvěta začala zhruba před sto lety objevem atomoveacuteho jaacutedra

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 71

1948 Objev bdquopodivnyacutechldquo čaacutestic R Butler a jeho mlžnaacute komora

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 72

Pro zkoumaacuteniacute struktury protonu je nejvhodnějšiacute použiacutet jako projektil svazek elektronů jimž dobře rozumiacuteme

Od roku 1968 se na lineaacuterniacutem urychlovači elektronů ve Stanfordu zkoumaly nepružneacute sraacutežky elektronů s protony

5 k

m

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 73

na tomto zařiacutezeniacute

ktereacute je bdquojenldquo zvětšeninou Rutherfordova experimentu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 74

Zkoumaacuteniacute struktury protonu pokračovalo v letech 1989-2007 na urychlovači HERA

elektrony 27 GeV protony 920 GeV

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 75

Detektor experimentu H1 v DESY v Hamburku

proto

ny

elektrony

ve dvou hlavniacutech experimentech H1 jehož jsme se uacutečastnilia ZEUS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 76

Protonovyacute synchrotron

SPS

LEPLHC

Ženevskeacutejezero

Zaacutekladniacute informace o LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 77

Tunel LHC je 27 km dlouhyacute a cca 100 metrů pod zemiacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 78

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 79

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 80

Zaacutekladniacute parametry LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

Všimněme si že Pauli se vlastně z většiacute čaacutesti myacutelil

Čaacutestice kteraacute vyřešila probleacutem spojiteacuteho spektra v β-rozpadu nehraje při vysvětleniacute statistiky jader dusiacuteku a lithia žaacutednou roli

Probleacutem statistiky jader se tyacutekal skutečnosti že podle tehdejšiacutech představ se jaacutedra sklaacutedala z protonů a elektronů Skutečnost že napřiacuteklad atomovaacute vaacuteha jader dusiacuteku je 14 a atomoveacute čiacuteslo jen 7 byla interpretovaacutena tak že jaacutedro dusiacuteku se sklaacutedaacute ze 14 protonů a 7 elektronů a mělo se proto chovat jako čaacutestice s poločiacuteselnyacutem spinem Přidaacuteniacutem jedneacute čaacutestice se spinem frac12 probleacutem vyřešilo ale bylo to jak se brzy ukaacutezalo nespraacutevneacute řešeniacute

Statistiku jader objasnil objev neutraacutelniacuteho partnera protonu kteryacute se dnes nazyacutevaacute neutron Chadwickem v roce 1932 Tento objev naviacutec zaacutesadně změnil představy fyziků o struktuře jader např jaacutedro dusiacuteku je tvořeno 7 protony a 7 neutrony a maacute tedy vlast-nosti bosonu jak to ukazuje experiment

21042023 64Gymnaacutezium Jan Keplera

Originaacutel prvniacute čaacutesti Pauliho dopisu

21042023 65Gymnaacutezium Jan Keplera

V Curychu dne 2 12 1930

Vaacuteženeacute radioaktivniacute daacutemy vaacuteženiacute radioaktivniacute paacutenoveacute

věnujte prosiacutem laskavou pozornost doručiteli tohoto dopisu Poviacute vaacutem jak jsem s ohledem na bdquošpatnouldquo statistiku jader dusiacuteku a lithia a na existenci spojiteacuteho spektra beta rozpadů přišel na zoufalou myšlenku jak zachraacutenit teoreacutem o statistice i zaacutekon zachovaniacute energie Jejiacute podstatou je předpoklad že v jaacutedrech existuje elektricky neutraacutelniacute čaacutestice se spinem frac12 kteraacute splňuje vylučovaciacute princip a kteraacute se lišiacute od fotonu takeacute tiacutem že se nepohybuje rychlostiacute světla Tato čaacutestice kterou budu nazyacutevat bdquoneutronldquo by měla miacutet hmotnost stejneacuteho řaacutedu jako elektron a v žaacutedneacutem přiacutepadě ne viacutece než 001 hmotnosti protonu Spojiteacute spektrum beta rozpadů by pak bylo vysvětleno tiacutem že v těchto rozpadech je s elektronem vyzaacuteřen vždy i neutron a to tak že součet energiiacute neutronu a elektronu je konstantniacute

Prvniacute čaacutest Pauliho dopisu

21042023 66Gymnaacutezium Jan Keplera

Připouštiacutem že moje vysvětleniacute se může zdaacutet absurdniacute neboť pokud neutrony existujiacute měly byacutet už daacutevno pozorovaacuteny Ale jen ten kdo si troufaacute může vyhraacutet Obtiacutežnou situaci se spojityacutem spektrem beta rozpadů ilustruje poznaacutemka meacuteho vaacuteženeacuteho předchůdce pana Debye jenž mi nedaacutevno v Bruselu řekl bdquoJe to jako s novyacutemi daněmi je nejlepšiacute na to nemysletldquo Proto by měla byacutet každeacute možneacute řešeniacute posouzeno A tak moji miliacute radioaktivniacute přaacuteteleacute posuzujte a suďte Jaacute bohužel do Tuumlbingen nepřijedu neboť moje přiacutetomnost je nepostradatelnaacute zde v Curychu na plese v noci z 6 na 7 prosince

Vaacuteš oddanyacute služebniacutekW Pauli

Zaacutevěr dopisu

21042023 67Gymnaacutezium Jan Keplera

14 MeVE

144 MeVE

042 MeVE

086 MeVE

21042023 68Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 69

Majiacute společnou charakteristiku lze je popsat pomociacute vyacuteměny zprostředkujiacuteciacutech čaacutestic se spinem 1 tzv

gravitačniacute elektromagnetickeacute slabeacutesilneacute

Siacutely mezi kvarky a leptony

intermediaacutelniacute vektoroveacute bosony (IVB)

Patřiacute do jedneacute třiacutedy tzv

kalibračniacutech teoriiacute jež představujiacute zaacutekladniacute raacutemec pro popis sil v mikrosvětě

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 70

Realita a scheacutema Rutherfordovaexperimentu

Cesta ke dnešniacutemu chaacutepaacuteniacute mikrosvěta začala zhruba před sto lety objevem atomoveacuteho jaacutedra

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 71

1948 Objev bdquopodivnyacutechldquo čaacutestic R Butler a jeho mlžnaacute komora

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 72

Pro zkoumaacuteniacute struktury protonu je nejvhodnějšiacute použiacutet jako projektil svazek elektronů jimž dobře rozumiacuteme

Od roku 1968 se na lineaacuterniacutem urychlovači elektronů ve Stanfordu zkoumaly nepružneacute sraacutežky elektronů s protony

5 k

m

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 73

na tomto zařiacutezeniacute

ktereacute je bdquojenldquo zvětšeninou Rutherfordova experimentu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 74

Zkoumaacuteniacute struktury protonu pokračovalo v letech 1989-2007 na urychlovači HERA

elektrony 27 GeV protony 920 GeV

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 75

Detektor experimentu H1 v DESY v Hamburku

proto

ny

elektrony

ve dvou hlavniacutech experimentech H1 jehož jsme se uacutečastnilia ZEUS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 76

Protonovyacute synchrotron

SPS

LEPLHC

Ženevskeacutejezero

Zaacutekladniacute informace o LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 77

Tunel LHC je 27 km dlouhyacute a cca 100 metrů pod zemiacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 78

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 79

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 80

Zaacutekladniacute parametry LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

Originaacutel prvniacute čaacutesti Pauliho dopisu

21042023 65Gymnaacutezium Jan Keplera

V Curychu dne 2 12 1930

Vaacuteženeacute radioaktivniacute daacutemy vaacuteženiacute radioaktivniacute paacutenoveacute

věnujte prosiacutem laskavou pozornost doručiteli tohoto dopisu Poviacute vaacutem jak jsem s ohledem na bdquošpatnouldquo statistiku jader dusiacuteku a lithia a na existenci spojiteacuteho spektra beta rozpadů přišel na zoufalou myšlenku jak zachraacutenit teoreacutem o statistice i zaacutekon zachovaniacute energie Jejiacute podstatou je předpoklad že v jaacutedrech existuje elektricky neutraacutelniacute čaacutestice se spinem frac12 kteraacute splňuje vylučovaciacute princip a kteraacute se lišiacute od fotonu takeacute tiacutem že se nepohybuje rychlostiacute světla Tato čaacutestice kterou budu nazyacutevat bdquoneutronldquo by měla miacutet hmotnost stejneacuteho řaacutedu jako elektron a v žaacutedneacutem přiacutepadě ne viacutece než 001 hmotnosti protonu Spojiteacute spektrum beta rozpadů by pak bylo vysvětleno tiacutem že v těchto rozpadech je s elektronem vyzaacuteřen vždy i neutron a to tak že součet energiiacute neutronu a elektronu je konstantniacute

Prvniacute čaacutest Pauliho dopisu

21042023 66Gymnaacutezium Jan Keplera

Připouštiacutem že moje vysvětleniacute se může zdaacutet absurdniacute neboť pokud neutrony existujiacute měly byacutet už daacutevno pozorovaacuteny Ale jen ten kdo si troufaacute může vyhraacutet Obtiacutežnou situaci se spojityacutem spektrem beta rozpadů ilustruje poznaacutemka meacuteho vaacuteženeacuteho předchůdce pana Debye jenž mi nedaacutevno v Bruselu řekl bdquoJe to jako s novyacutemi daněmi je nejlepšiacute na to nemysletldquo Proto by měla byacutet každeacute možneacute řešeniacute posouzeno A tak moji miliacute radioaktivniacute přaacuteteleacute posuzujte a suďte Jaacute bohužel do Tuumlbingen nepřijedu neboť moje přiacutetomnost je nepostradatelnaacute zde v Curychu na plese v noci z 6 na 7 prosince

Vaacuteš oddanyacute služebniacutekW Pauli

Zaacutevěr dopisu

21042023 67Gymnaacutezium Jan Keplera

14 MeVE

144 MeVE

042 MeVE

086 MeVE

21042023 68Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 69

Majiacute společnou charakteristiku lze je popsat pomociacute vyacuteměny zprostředkujiacuteciacutech čaacutestic se spinem 1 tzv

gravitačniacute elektromagnetickeacute slabeacutesilneacute

Siacutely mezi kvarky a leptony

intermediaacutelniacute vektoroveacute bosony (IVB)

Patřiacute do jedneacute třiacutedy tzv

kalibračniacutech teoriiacute jež představujiacute zaacutekladniacute raacutemec pro popis sil v mikrosvětě

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 70

Realita a scheacutema Rutherfordovaexperimentu

Cesta ke dnešniacutemu chaacutepaacuteniacute mikrosvěta začala zhruba před sto lety objevem atomoveacuteho jaacutedra

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 71

1948 Objev bdquopodivnyacutechldquo čaacutestic R Butler a jeho mlžnaacute komora

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 72

Pro zkoumaacuteniacute struktury protonu je nejvhodnějšiacute použiacutet jako projektil svazek elektronů jimž dobře rozumiacuteme

Od roku 1968 se na lineaacuterniacutem urychlovači elektronů ve Stanfordu zkoumaly nepružneacute sraacutežky elektronů s protony

5 k

m

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 73

na tomto zařiacutezeniacute

ktereacute je bdquojenldquo zvětšeninou Rutherfordova experimentu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 74

Zkoumaacuteniacute struktury protonu pokračovalo v letech 1989-2007 na urychlovači HERA

elektrony 27 GeV protony 920 GeV

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 75

Detektor experimentu H1 v DESY v Hamburku

proto

ny

elektrony

ve dvou hlavniacutech experimentech H1 jehož jsme se uacutečastnilia ZEUS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 76

Protonovyacute synchrotron

SPS

LEPLHC

Ženevskeacutejezero

Zaacutekladniacute informace o LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 77

Tunel LHC je 27 km dlouhyacute a cca 100 metrů pod zemiacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 78

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 79

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 80

Zaacutekladniacute parametry LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

V Curychu dne 2 12 1930

Vaacuteženeacute radioaktivniacute daacutemy vaacuteženiacute radioaktivniacute paacutenoveacute

věnujte prosiacutem laskavou pozornost doručiteli tohoto dopisu Poviacute vaacutem jak jsem s ohledem na bdquošpatnouldquo statistiku jader dusiacuteku a lithia a na existenci spojiteacuteho spektra beta rozpadů přišel na zoufalou myšlenku jak zachraacutenit teoreacutem o statistice i zaacutekon zachovaniacute energie Jejiacute podstatou je předpoklad že v jaacutedrech existuje elektricky neutraacutelniacute čaacutestice se spinem frac12 kteraacute splňuje vylučovaciacute princip a kteraacute se lišiacute od fotonu takeacute tiacutem že se nepohybuje rychlostiacute světla Tato čaacutestice kterou budu nazyacutevat bdquoneutronldquo by měla miacutet hmotnost stejneacuteho řaacutedu jako elektron a v žaacutedneacutem přiacutepadě ne viacutece než 001 hmotnosti protonu Spojiteacute spektrum beta rozpadů by pak bylo vysvětleno tiacutem že v těchto rozpadech je s elektronem vyzaacuteřen vždy i neutron a to tak že součet energiiacute neutronu a elektronu je konstantniacute

Prvniacute čaacutest Pauliho dopisu

21042023 66Gymnaacutezium Jan Keplera

Připouštiacutem že moje vysvětleniacute se může zdaacutet absurdniacute neboť pokud neutrony existujiacute měly byacutet už daacutevno pozorovaacuteny Ale jen ten kdo si troufaacute může vyhraacutet Obtiacutežnou situaci se spojityacutem spektrem beta rozpadů ilustruje poznaacutemka meacuteho vaacuteženeacuteho předchůdce pana Debye jenž mi nedaacutevno v Bruselu řekl bdquoJe to jako s novyacutemi daněmi je nejlepšiacute na to nemysletldquo Proto by měla byacutet každeacute možneacute řešeniacute posouzeno A tak moji miliacute radioaktivniacute přaacuteteleacute posuzujte a suďte Jaacute bohužel do Tuumlbingen nepřijedu neboť moje přiacutetomnost je nepostradatelnaacute zde v Curychu na plese v noci z 6 na 7 prosince

Vaacuteš oddanyacute služebniacutekW Pauli

Zaacutevěr dopisu

21042023 67Gymnaacutezium Jan Keplera

14 MeVE

144 MeVE

042 MeVE

086 MeVE

21042023 68Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 69

Majiacute společnou charakteristiku lze je popsat pomociacute vyacuteměny zprostředkujiacuteciacutech čaacutestic se spinem 1 tzv

gravitačniacute elektromagnetickeacute slabeacutesilneacute

Siacutely mezi kvarky a leptony

intermediaacutelniacute vektoroveacute bosony (IVB)

Patřiacute do jedneacute třiacutedy tzv

kalibračniacutech teoriiacute jež představujiacute zaacutekladniacute raacutemec pro popis sil v mikrosvětě

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 70

Realita a scheacutema Rutherfordovaexperimentu

Cesta ke dnešniacutemu chaacutepaacuteniacute mikrosvěta začala zhruba před sto lety objevem atomoveacuteho jaacutedra

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 71

1948 Objev bdquopodivnyacutechldquo čaacutestic R Butler a jeho mlžnaacute komora

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 72

Pro zkoumaacuteniacute struktury protonu je nejvhodnějšiacute použiacutet jako projektil svazek elektronů jimž dobře rozumiacuteme

Od roku 1968 se na lineaacuterniacutem urychlovači elektronů ve Stanfordu zkoumaly nepružneacute sraacutežky elektronů s protony

5 k

m

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 73

na tomto zařiacutezeniacute

ktereacute je bdquojenldquo zvětšeninou Rutherfordova experimentu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 74

Zkoumaacuteniacute struktury protonu pokračovalo v letech 1989-2007 na urychlovači HERA

elektrony 27 GeV protony 920 GeV

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 75

Detektor experimentu H1 v DESY v Hamburku

proto

ny

elektrony

ve dvou hlavniacutech experimentech H1 jehož jsme se uacutečastnilia ZEUS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 76

Protonovyacute synchrotron

SPS

LEPLHC

Ženevskeacutejezero

Zaacutekladniacute informace o LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 77

Tunel LHC je 27 km dlouhyacute a cca 100 metrů pod zemiacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 78

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 79

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 80

Zaacutekladniacute parametry LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

Připouštiacutem že moje vysvětleniacute se může zdaacutet absurdniacute neboť pokud neutrony existujiacute měly byacutet už daacutevno pozorovaacuteny Ale jen ten kdo si troufaacute může vyhraacutet Obtiacutežnou situaci se spojityacutem spektrem beta rozpadů ilustruje poznaacutemka meacuteho vaacuteženeacuteho předchůdce pana Debye jenž mi nedaacutevno v Bruselu řekl bdquoJe to jako s novyacutemi daněmi je nejlepšiacute na to nemysletldquo Proto by měla byacutet každeacute možneacute řešeniacute posouzeno A tak moji miliacute radioaktivniacute přaacuteteleacute posuzujte a suďte Jaacute bohužel do Tuumlbingen nepřijedu neboť moje přiacutetomnost je nepostradatelnaacute zde v Curychu na plese v noci z 6 na 7 prosince

Vaacuteš oddanyacute služebniacutekW Pauli

Zaacutevěr dopisu

21042023 67Gymnaacutezium Jan Keplera

14 MeVE

144 MeVE

042 MeVE

086 MeVE

21042023 68Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 69

Majiacute společnou charakteristiku lze je popsat pomociacute vyacuteměny zprostředkujiacuteciacutech čaacutestic se spinem 1 tzv

gravitačniacute elektromagnetickeacute slabeacutesilneacute

Siacutely mezi kvarky a leptony

intermediaacutelniacute vektoroveacute bosony (IVB)

Patřiacute do jedneacute třiacutedy tzv

kalibračniacutech teoriiacute jež představujiacute zaacutekladniacute raacutemec pro popis sil v mikrosvětě

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 70

Realita a scheacutema Rutherfordovaexperimentu

Cesta ke dnešniacutemu chaacutepaacuteniacute mikrosvěta začala zhruba před sto lety objevem atomoveacuteho jaacutedra

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 71

1948 Objev bdquopodivnyacutechldquo čaacutestic R Butler a jeho mlžnaacute komora

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 72

Pro zkoumaacuteniacute struktury protonu je nejvhodnějšiacute použiacutet jako projektil svazek elektronů jimž dobře rozumiacuteme

Od roku 1968 se na lineaacuterniacutem urychlovači elektronů ve Stanfordu zkoumaly nepružneacute sraacutežky elektronů s protony

5 k

m

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 73

na tomto zařiacutezeniacute

ktereacute je bdquojenldquo zvětšeninou Rutherfordova experimentu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 74

Zkoumaacuteniacute struktury protonu pokračovalo v letech 1989-2007 na urychlovači HERA

elektrony 27 GeV protony 920 GeV

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 75

Detektor experimentu H1 v DESY v Hamburku

proto

ny

elektrony

ve dvou hlavniacutech experimentech H1 jehož jsme se uacutečastnilia ZEUS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 76

Protonovyacute synchrotron

SPS

LEPLHC

Ženevskeacutejezero

Zaacutekladniacute informace o LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 77

Tunel LHC je 27 km dlouhyacute a cca 100 metrů pod zemiacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 78

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 79

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 80

Zaacutekladniacute parametry LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

14 MeVE

144 MeVE

042 MeVE

086 MeVE

21042023 68Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 69

Majiacute společnou charakteristiku lze je popsat pomociacute vyacuteměny zprostředkujiacuteciacutech čaacutestic se spinem 1 tzv

gravitačniacute elektromagnetickeacute slabeacutesilneacute

Siacutely mezi kvarky a leptony

intermediaacutelniacute vektoroveacute bosony (IVB)

Patřiacute do jedneacute třiacutedy tzv

kalibračniacutech teoriiacute jež představujiacute zaacutekladniacute raacutemec pro popis sil v mikrosvětě

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 70

Realita a scheacutema Rutherfordovaexperimentu

Cesta ke dnešniacutemu chaacutepaacuteniacute mikrosvěta začala zhruba před sto lety objevem atomoveacuteho jaacutedra

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 71

1948 Objev bdquopodivnyacutechldquo čaacutestic R Butler a jeho mlžnaacute komora

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 72

Pro zkoumaacuteniacute struktury protonu je nejvhodnějšiacute použiacutet jako projektil svazek elektronů jimž dobře rozumiacuteme

Od roku 1968 se na lineaacuterniacutem urychlovači elektronů ve Stanfordu zkoumaly nepružneacute sraacutežky elektronů s protony

5 k

m

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 73

na tomto zařiacutezeniacute

ktereacute je bdquojenldquo zvětšeninou Rutherfordova experimentu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 74

Zkoumaacuteniacute struktury protonu pokračovalo v letech 1989-2007 na urychlovači HERA

elektrony 27 GeV protony 920 GeV

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 75

Detektor experimentu H1 v DESY v Hamburku

proto

ny

elektrony

ve dvou hlavniacutech experimentech H1 jehož jsme se uacutečastnilia ZEUS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 76

Protonovyacute synchrotron

SPS

LEPLHC

Ženevskeacutejezero

Zaacutekladniacute informace o LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 77

Tunel LHC je 27 km dlouhyacute a cca 100 metrů pod zemiacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 78

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 79

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 80

Zaacutekladniacute parametry LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 69

Majiacute společnou charakteristiku lze je popsat pomociacute vyacuteměny zprostředkujiacuteciacutech čaacutestic se spinem 1 tzv

gravitačniacute elektromagnetickeacute slabeacutesilneacute

Siacutely mezi kvarky a leptony

intermediaacutelniacute vektoroveacute bosony (IVB)

Patřiacute do jedneacute třiacutedy tzv

kalibračniacutech teoriiacute jež představujiacute zaacutekladniacute raacutemec pro popis sil v mikrosvětě

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 70

Realita a scheacutema Rutherfordovaexperimentu

Cesta ke dnešniacutemu chaacutepaacuteniacute mikrosvěta začala zhruba před sto lety objevem atomoveacuteho jaacutedra

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 71

1948 Objev bdquopodivnyacutechldquo čaacutestic R Butler a jeho mlžnaacute komora

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 72

Pro zkoumaacuteniacute struktury protonu je nejvhodnějšiacute použiacutet jako projektil svazek elektronů jimž dobře rozumiacuteme

Od roku 1968 se na lineaacuterniacutem urychlovači elektronů ve Stanfordu zkoumaly nepružneacute sraacutežky elektronů s protony

5 k

m

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 73

na tomto zařiacutezeniacute

ktereacute je bdquojenldquo zvětšeninou Rutherfordova experimentu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 74

Zkoumaacuteniacute struktury protonu pokračovalo v letech 1989-2007 na urychlovači HERA

elektrony 27 GeV protony 920 GeV

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 75

Detektor experimentu H1 v DESY v Hamburku

proto

ny

elektrony

ve dvou hlavniacutech experimentech H1 jehož jsme se uacutečastnilia ZEUS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 76

Protonovyacute synchrotron

SPS

LEPLHC

Ženevskeacutejezero

Zaacutekladniacute informace o LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 77

Tunel LHC je 27 km dlouhyacute a cca 100 metrů pod zemiacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 78

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 79

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 80

Zaacutekladniacute parametry LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 70

Realita a scheacutema Rutherfordovaexperimentu

Cesta ke dnešniacutemu chaacutepaacuteniacute mikrosvěta začala zhruba před sto lety objevem atomoveacuteho jaacutedra

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 71

1948 Objev bdquopodivnyacutechldquo čaacutestic R Butler a jeho mlžnaacute komora

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 72

Pro zkoumaacuteniacute struktury protonu je nejvhodnějšiacute použiacutet jako projektil svazek elektronů jimž dobře rozumiacuteme

Od roku 1968 se na lineaacuterniacutem urychlovači elektronů ve Stanfordu zkoumaly nepružneacute sraacutežky elektronů s protony

5 k

m

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 73

na tomto zařiacutezeniacute

ktereacute je bdquojenldquo zvětšeninou Rutherfordova experimentu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 74

Zkoumaacuteniacute struktury protonu pokračovalo v letech 1989-2007 na urychlovači HERA

elektrony 27 GeV protony 920 GeV

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 75

Detektor experimentu H1 v DESY v Hamburku

proto

ny

elektrony

ve dvou hlavniacutech experimentech H1 jehož jsme se uacutečastnilia ZEUS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 76

Protonovyacute synchrotron

SPS

LEPLHC

Ženevskeacutejezero

Zaacutekladniacute informace o LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 77

Tunel LHC je 27 km dlouhyacute a cca 100 metrů pod zemiacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 78

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 79

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 80

Zaacutekladniacute parametry LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 71

1948 Objev bdquopodivnyacutechldquo čaacutestic R Butler a jeho mlžnaacute komora

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 72

Pro zkoumaacuteniacute struktury protonu je nejvhodnějšiacute použiacutet jako projektil svazek elektronů jimž dobře rozumiacuteme

Od roku 1968 se na lineaacuterniacutem urychlovači elektronů ve Stanfordu zkoumaly nepružneacute sraacutežky elektronů s protony

5 k

m

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 73

na tomto zařiacutezeniacute

ktereacute je bdquojenldquo zvětšeninou Rutherfordova experimentu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 74

Zkoumaacuteniacute struktury protonu pokračovalo v letech 1989-2007 na urychlovači HERA

elektrony 27 GeV protony 920 GeV

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 75

Detektor experimentu H1 v DESY v Hamburku

proto

ny

elektrony

ve dvou hlavniacutech experimentech H1 jehož jsme se uacutečastnilia ZEUS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 76

Protonovyacute synchrotron

SPS

LEPLHC

Ženevskeacutejezero

Zaacutekladniacute informace o LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 77

Tunel LHC je 27 km dlouhyacute a cca 100 metrů pod zemiacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 78

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 79

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 80

Zaacutekladniacute parametry LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 72

Pro zkoumaacuteniacute struktury protonu je nejvhodnějšiacute použiacutet jako projektil svazek elektronů jimž dobře rozumiacuteme

Od roku 1968 se na lineaacuterniacutem urychlovači elektronů ve Stanfordu zkoumaly nepružneacute sraacutežky elektronů s protony

5 k

m

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 73

na tomto zařiacutezeniacute

ktereacute je bdquojenldquo zvětšeninou Rutherfordova experimentu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 74

Zkoumaacuteniacute struktury protonu pokračovalo v letech 1989-2007 na urychlovači HERA

elektrony 27 GeV protony 920 GeV

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 75

Detektor experimentu H1 v DESY v Hamburku

proto

ny

elektrony

ve dvou hlavniacutech experimentech H1 jehož jsme se uacutečastnilia ZEUS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 76

Protonovyacute synchrotron

SPS

LEPLHC

Ženevskeacutejezero

Zaacutekladniacute informace o LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 77

Tunel LHC je 27 km dlouhyacute a cca 100 metrů pod zemiacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 78

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 79

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 80

Zaacutekladniacute parametry LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 73

na tomto zařiacutezeniacute

ktereacute je bdquojenldquo zvětšeninou Rutherfordova experimentu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 74

Zkoumaacuteniacute struktury protonu pokračovalo v letech 1989-2007 na urychlovači HERA

elektrony 27 GeV protony 920 GeV

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 75

Detektor experimentu H1 v DESY v Hamburku

proto

ny

elektrony

ve dvou hlavniacutech experimentech H1 jehož jsme se uacutečastnilia ZEUS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 76

Protonovyacute synchrotron

SPS

LEPLHC

Ženevskeacutejezero

Zaacutekladniacute informace o LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 77

Tunel LHC je 27 km dlouhyacute a cca 100 metrů pod zemiacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 78

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 79

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 80

Zaacutekladniacute parametry LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 74

Zkoumaacuteniacute struktury protonu pokračovalo v letech 1989-2007 na urychlovači HERA

elektrony 27 GeV protony 920 GeV

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 75

Detektor experimentu H1 v DESY v Hamburku

proto

ny

elektrony

ve dvou hlavniacutech experimentech H1 jehož jsme se uacutečastnilia ZEUS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 76

Protonovyacute synchrotron

SPS

LEPLHC

Ženevskeacutejezero

Zaacutekladniacute informace o LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 77

Tunel LHC je 27 km dlouhyacute a cca 100 metrů pod zemiacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 78

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 79

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 80

Zaacutekladniacute parametry LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 75

Detektor experimentu H1 v DESY v Hamburku

proto

ny

elektrony

ve dvou hlavniacutech experimentech H1 jehož jsme se uacutečastnilia ZEUS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 76

Protonovyacute synchrotron

SPS

LEPLHC

Ženevskeacutejezero

Zaacutekladniacute informace o LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 77

Tunel LHC je 27 km dlouhyacute a cca 100 metrů pod zemiacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 78

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 79

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 80

Zaacutekladniacute parametry LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 76

Protonovyacute synchrotron

SPS

LEPLHC

Ženevskeacutejezero

Zaacutekladniacute informace o LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 77

Tunel LHC je 27 km dlouhyacute a cca 100 metrů pod zemiacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 78

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 79

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 80

Zaacutekladniacute parametry LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 77

Tunel LHC je 27 km dlouhyacute a cca 100 metrů pod zemiacute

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 78

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 79

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 80

Zaacutekladniacute parametry LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 78

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 79

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 80

Zaacutekladniacute parametry LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 79

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 80

Zaacutekladniacute parametry LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 80

Zaacutekladniacute parametry LHC

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 81

Jak vypadaacute detektor ATLAS

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 82

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 83

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 84

vnitřniacute draacutehovyacute subdetektor

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

85

Edwin Hubble na Mt Wilson

Jeho objev byl prvniacutem experimentaacutelniacutem svědectviacutem pro Lamaitrovu hypoteacutezu

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 86

1964 Penzias Wilson objevili reliktniacute mikrovlneacute zaacuteřeniacute(Nobelova cena 1978)

1934 Zwicky v galaxiiacutech musiacute byacutet temnaacute hmota

1931 G Lemaitre naacuteš vesmiacuter vznikl z primordiaacutelniacuteho atomu Uacutežasnaacute kombinace relativity a kvantoveacute teorie

1929 E Hubble spiraacutelniacute mlhoviny jsou extragalaktickeacute nalezl a prosadil empirickyacute vztah (Hubbleův zaacutekon) mezi rychlostiacute vzdalovaacuteniacute galaxiiacute a jejich vzdaacutelenostiacute

1946 Gamow Alpher Herman synteacuteza lehkyacutech prvků v raneacutem vesmiacuteru předpověď reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute

1992 sonda COBE pozorovala anizotropii reliktniacuteho zaacuteřeniacute (MatherampSmoot Nobelova cena 2006)1998 expanze vesmiacuteru se zrychluje

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 87

Ve sveacute praacuteci z roku 1927 Un univers homogegravene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des neacutebuleuses extragalactiquesa publikovaneacute v Annales de la Socieacuteteacute Scientifique de Bruxelles

Utilisant les 42 neacutebuleuses extra-galactiques figurant dans les listes de Hubble et de Stroumlmberg et tenant compte de la vitesse propre du Soleil on trouve une distance moyenne de 095 millions de parsecs et une vitesse radiale de 600 kms soit 625 kms agrave 106 parsecs Nous adopterons donc

RrsquoR = vrc = 068times10-27 cm -1 (24)Rovnice (24) je přitom přesně to co se dnes nazyacutevaacute bdquoHubbleův zaacutekonldquo a i hodnota bdquoHubbleovy konstantyldquo jepřesně stejnaacute jakou o dva roky později zjistil Hubble

objevil (2 roky před Hubblem) bdquoHubbleův zaacutekonldquo

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 88

Temnaacute hmotaJiž od 30 let 20 stoletiacute astronomoveacute ziacuteskaacutevali svědectviacute o tom že ve vesmiacuteru je viacutece hmotnosti než pozorujeme

1933 Fritz Zwitzky rychlosti galaxiiacute na okraji klastru Coma neodpoviacutedaly viditelneacute hmotnosti Pro vysvětleniacute pohybu galaxiiacute bylo třeba cca 400 kraacutet viacutece hmotnosti

1975 Vera Rubin rotačniacute křivky spiraacutelniacutech galaxiiacute jsou plocheacute ažna samyacute okraj

totVT2

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 89

1965 Penzias a Wilson (naacutehodně) objevili

mikrovlnneacute reliktniacute zaacuteřeniacute

a tiacutem přinesli druheacute a kliacutečoveacute experimentaacutelniacute svědec-tviacute ve prospěch hypoteacutezy rozpiacutenaacuten vesmiacuteru kteraacute se již tehdy (Hoylem posměšně) nazyacutevala

velkyacute třesk

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 90

Prvotniacute teorie velkeacuteho třesku a jejiacute probleacutemy kde se vzala převaha hmoty nad antihmotou

vesmiacuteru je přiacuteliš homogenniacute vesmiacuter je přiacuteliš izotropniacute (hvězdy a CMB) vesmiacuter se zdaacute byacutet přiacuteliš plochyacute co tvořiacute temnou hmotu a temnou energii jak vznikly nehomogenitya předevšiacutem odkud se vzala hmota a

co a proč třesklo

Teorie velkeacuteho třesku by se tedy měla spraacutevně nazyacutevat

Teorie vesmiacuteru kraacutetce po velkeacutem třesku

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 91

Normaacutelniacute expanze vesmiacuteru (podle Hubbleova zaacutekona)rychlostiacute menšiacute než jerychlost světla

dnes čas

minulost

horizont

časdnes

minulost

horizont

Inflačniacute expanze vesmiacuteru naacutesledovanaacute normaacutelniacute expanziacute

Při srovnaacuteniacute s inflačniacute expanziacute se jeviacute normaacutelniacute jako stacionaacuterniacute stav

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

21042023 Gymnaacutezium Jan Keplera 92

Vesmiacuternyacute kolaacuteč

vakuum hrajekliacutečovou roli

Diacuteky jim viacuteme že hmota ve vesmiacuteru je tvořena z

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93

Davis ve vodě kteraacute stiacutenila nadrž21042023 93Gymnaacutezium Jan Keplera

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46
• Slide 47
• Slide 48
• Slide 49
• Slide 50
• Slide 51
• Slide 52
• Slide 53
• Slide 54
• Slide 55
• Slide 56
• Slide 57
• Slide 58
• Slide 59
• Slide 60
• Slide 61
• Slide 62
• Slide 63
• Slide 64
• Slide 65
• Slide 66
• Slide 67
• Slide 68
• Slide 69
• Slide 70
• Slide 71
• Slide 72
• Slide 73
• Slide 74
• Slide 75
• Slide 76
• Slide 77
• Slide 78
• Slide 79
• Slide 80
• Slide 81
• Slide 82
• Slide 83
• Slide 84
• Slide 85
• Slide 86
• Slide 87
• Slide 88
• Slide 89
• Slide 90
• Slide 91
• Slide 92
• Slide 93