Sir Harold Kroto

Nobelpreisträger der Chemie

 Kohlenstoff im Nano und Weltraum

Sir Harold Kroto wurde 1939 geboren und ist britischer Wissenschaftler

1961 bekam Kroto den Bachelor of Science und 1964 den Ph.D. in Chemie an der University of Sheffield

Durch seine Forschung an Kohlenstoffsuboxid begann er, sich für Moleküle mit Kohlenstoffketten und Mehrfachbindungen zu interessieren. Ursprünglich mit Organischer Chemie befasst, tendierte er zunehmend zur Quantenchemie.

Es bedurfte unüblicher Denkweisen um festzustellen, dass sich die Erde um ihre eigene Achse drehte und daher erscheint die Sonne uns zu umkreisen.

Im Jahre 1996 erhielt Sir Harold Kroto  zusammen mit Robert F. Curl  und Richard E. Smalley den Nobelpreis für Chemie für ihre im Jahr 1985 erfolgte Entdeckung von C60, neben den bekannten Formen Graphit und Diamant, die dritte Form von Kohlenstoff, die auch „Buckminsterfulleren“ genannt wird.

  Fullerene oder „Buckyballs“

Der japanische Chemiker Eiji Ösawa 

hatte diese Form bereits 1970 berechnet, seine Arbeit aber in japanischer Sprache veröffentlicht, sodass dies erst 15 Jahre später durch eine Arbeit der oben genannten Wissenschafter weltweit bekannt wurde.

Das Team hofft nachweisen zu können, dass  im Weltraum zwischen den Sternen Kohlenstoffketten existieren können. Bei dem Versuch, die atmosphärischen Bedingungen in einem kühlen roten  Riesen-Kohlenstoffstern zu simulieren, fanden sie die Kohlenstoff-Form C60, diese Form ähnelt einem Fußball. Diese Entdeckung und die Eigenschaften dieser neuen Kohlenstoff-Form verlangten nach weiteren Untersuchungen und führten damit zur Nanowissenschaft und Nanotechnologie, der wir heute die Herstellung neuer Materialien sowohl in der Raumfahrt als auch in der Medizin verdanken.

Der Nachweis von C60 im Weltraum konnte 2010 im Infrarot-Spektrum durch den Spitzer-Space Satelliten bestätigt werden.

John Ellis

Teilchen Physiker

Sollten Sie die Formel auf der Tafel nicht verstehen, bin ich wenigstens nicht alleine. Ich habe aber versucht -  über viele Links -  den vorgetragenen Stoff etwas verständlicher zu machen.    ;-)   Der Autor dieser Homepage

David Eicher (links) stellt John Ellis vor.

E. Hubble hat bei seinen Beobachtungen festgestellt, dass sich entfernte Galaxien von uns weg bewegten und dies mit einer Rotverschiebung proportional zur Entfernung von uns. Rechnet man diese Expansionsrate des Universums zurück, muss es einmal ca. 3.000 mal kleiner und heißer gewesen sein als heute, und dies wird durch die kosmische Hintergrundstrahlung ( cosmic microwave background = CMB ) bestätigt.

Man nimmt an, dass diese sehr gleichförmige Wärmeverteilung der CMB entstanden ist  als sich aus dem frühen elektromagnetischen Plasma Atome durch Zusammenschluss von Ionen und Elektronen bildeten.

Rechnet man die Zeit aus diesen Ergebnissen weiter zurück, so muss man davon ausgehen, dass das Universum einmal 1 Milliarde mal kleiner und heißer war, verursacht durch die Menge der leichten Elemente, die im Big Bang erbrütet wurden. Das Universum enthielt ca. 24% der Masse an 4He und etwas weniger an Deuterium, 3He und 7Li.  Dies konnte nur durch Kernreaktion im sehr frühen Universum entstehen als es eben 1 Milliarde mal heißer und kleiner war als heute.

Detaillierte Angaben über diese leichten Elemente hängen von der Menge der Materie im Universum ab. Beobachtungen und Berechnungen legen aber nahe, dass es nicht genügend Materie gibt, um die derzeitige Expansion zu stoppen.

Die Mengenberechnung von leichten Elementen ist auch von der Anzahl der Teilchen-Typen abhängig und insbesonders von der Anzahl der verschiedenen Neutrino-Typen. Aus Experimenten mit Teilchen-Beschleunigern kennt man davon drei mit der entsprechenden Anzahl von geladenen Leptons und Quark-Paaren.

Man muss annehmen, dass das frühe Universum mit ursprünglichem Quark-Gluon Plasma* (QGP) gefüllt war. Die vorhandenen Quarks und Gluons vereinigten sich zu Mesons und Baryons. Es sieht z.Zt. so aus, dass diese Übergangsphase keine so großen Inhomogenitäten verursacht hat, als dass wir sie heute feststellen könnten.

* Anmerkung v. mir: Das Quark-Gluon-Plasma (Abkürzung QGP) ist ein Zustand der Materie bei extrem hohen Temperaturen und/oder Baryondichten. Hier ist das Confinement der Quarks und Gluonen aufgehoben, weshalb diese Teilchen ein quasi-freies Verhalten zeigen.

Wir nehmen an, dass das Universum in den ersten Sekundenbruchteilen nach dem Urknall diesen Zustand durchlief. Im heutigen Universum existiert das QGP höchstens noch im Zentrum von Neutronensternen, wobei einige Theorien dort eine weitere Phase voraussagen, die sich durch Farbsupraleitung (engl. color superconductivity) auszeichnen soll.

Warum haben Dinge ein Gewicht?

Newton:  Gewicht ist proportional zur Masse

Einstein: Energie hängt von der Masse ab.

Weder die eine, noch die andere Aussage erklärt die Herkunft von Masse

+ + +

Aus dem Standard-Modell der Kosmologie bleiben einige Fragen offen.

Warum ist das Universum so groß und so alt ?

Die Messdaten aus dem WMAP Satelliten zeigen, dass es ca. 14.000.000.000 Jahre alt ist.

Warum ist seine Geometrie nahezu Euklidisch?

Neueste Daten zeigen, dass es fast flach ist und damit nahe an der Grenze zu einer ewigen Expansion.

Woher kam die Materie ?

Die kosmologische „Nukleosynthese" zeigt, dass es im Universum auf  1 Proton ca. eine Milliarde Photonen gibt.

Wie hat sich die kosmologische Struktur geformt?

Wenn sie durch die im CMB beobachteten Wellen entstanden ist, was war dann der Ursprung davon?

Welcher Natur ist die unsichtbare Dunkle-Materie ?

Wir nehmen an, dass ihr Vorhandensein für die Verstärkung der anfänglichen Störung im CMB  nötig ist.

Aus diesen Fragen wird verständlich, dass es der Teilchenphysik bedarf, um sie zu beantworten.

Wir gehen heute davon aus, dass alle Strukturen in unserem Universum, also Galaxienhaufen, Galaxien, Sterne und letztendlich wir selbst, durch anfängliche Fluktuation im CMB entstanden sind. Diese Idee wird durch unsere Beobachtung von Galaxien gefestigt.

In den letzten Jahren wurde das Kosmologische Modell durch astrophysikalische und kosmologische Beobachtungen gefestigt. Der größte Teil unseres Universums besteht aus dunkler Vakuum Energie. Davon sind ca. 25% Dunkle- und nur einige Prozent herkömmliche Baryonsche-Materie.

Es ergibt sich also aus diesem Modell die Frage: woraus besteht Dunkle Materie und welchen Ursprung hat sie?

Diese Fragen können vermutlich nur durch Experimente im Teilchenbeschleuniger ( z. Zt. Cern ) beantwortet werden. Vor allem im LHC ( Large Hadron Collider) kann ein Quark-Gluon Plasma Zustand geschaffen werden, der dem Universum ca. 1 Mikro-Sekunde nach der Entstehung entspricht. Hierbei kann evtl. heraus gefunden werden, ob Dunkle-Materie aus supersymetrischen Teilchen besteht. Das aber bedeutet, dass es zwischen dem Big Bang und den kleineren (little) Bangs  (= Teilchenbeschleuniger) viele Zusammenhänge gibt, aus denen wir die Teilchen-Physik des Universums verstehen lernen können.