חזי יצחק, מיכל וולטר

1. שילוב נושא החומר האפל בהוראה בתיכוןעולם החלקיקים היסודיים של הטבע יום העיון במכון ויצמן 26.11.13 חזי יצחק, מיכל וולטר http://www.boker.org.il/meida/negev/desert_biking/school/dark_matter/dark-matter-003.htm

2. מה אנו יודעים על הרכב המסה היקום?מסתבר שמעט מאד...

3. היסטוריה – פריץ צוויקיFritz Zwicky-1933 • חקר את המהירויות של גלקסיות בצביר coma וחישב את המסה ע"פ המהירות והבהירות של הצביר---> המסה המחושבת על פי המהירות גדולה פי 10 מהמסה הנראית----> המסקנה קיימת מסה "אפלה" http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/mysteries_l2/dark_matter.html

4. איך מחשבים את המסה על פי המהירות?דוגמה מערכת השמש Triangulum Galaxy דוגמה ממכניקה קלאסית- תנועה סיבובית של מסה במתיחויות שונות. פיזיקאים חישבו שהמסה הנמצאת ברדיוס של היא 46 מיליארד מסות שמש

5. חישוב מסה ע"פ בהירות • ניתן לחשב את המסה של גלקסיה ע"פ הבהירות וידיעת המרחק שלה והקשר בין בהירות למסה כאשר מחשבים את המסה של Triangulum ע"פ הבהירות מקבלים רק מסה של 7 מיליארד מסות שמש.

6. עקומות סיבוב – Rotation Curves • גרפים של מהירות מסלולית כפונקציה של המרחק ממרכז הגלקסיה • עבור כוכבי לכת

7. The Solar System

8. Rotation Curve for the Solar Systemניתן לבצע עם התלמידים

9. Rotation curves for Saturn’s moon

10. עקומות סיבוב של גלקסיות- ורה רובין 1967 "Fame is fleeting. My numbers mean more to me than my name. If astronomers are still using my data years from now, that's my greatest compliment."

11. עקומת הסיבוב של גלקסית שביל החלב "In a spiral galaxy, the ratio of dark-to-light matter is about a factor of ten. That's probably a good number for the ratio of our ignorance-to-knowledge. We're out of kindergarten, but only in about third grade.“ Vera Rubin

12. Calculating the mass of Milky Way

13. NGC 2998 NGC 2715 עקומות סיבוב של גלקסיות נוספות NGC 3495 NGC 801 http://www.wolframalpha.com/entities/galaxies/NGC_2715/sv/bw/lm/

15. גלקסיה M33

16. סימולציה של סיבוב כוכבים סביב מרכז הגלקסיה ללא חומר אפל עם חומר אפל

17. סימולציות נומריות של גלקסיות קרסו ללא קיום חומר אפל – 1973החומר האפל תורם ליציבות הגלקסיות James Peebles (left) and Jeremiah Ostriker (right) found evidence for dark matter in their computer simulations.

18. עדות נוספת-שינויים מרחביים בטמפרטורה של קרינת הרקע This map shows the pattern of temperature variations in the cosmic microwave background (CMB) measured with the WMAP satellite. WMAP made a differential measurement of the CMB temperature with two sensitive radio antennae mounted with a fixed displacement between them. As the satellite rotated, the radio antennae traced out temperature variations in the entire sky. The largest temperature differences (between the red and dark blue regions) are about 0.0004 K, and the characteristic angular size of the temperature variations is around 1 degree. By analyzing the detailed pattern in this map, WMAP scientists infer that less than 4 percent of the universe is ordinary matter, and 23 percent is dark matter.

19. עדות נוספת לקיומו של החומר האפל- עידוש כבידתי

21. מהו החומר האפל?

22. CERN Axion Solar Telescope (CAST) חיפוש אחר אקסיונים שנוצרים בשמש. שימוש בשדה מגנטי חזק מאד 9.5טסלה וגלאי קרינת X – עד עתה טרם התגלו. קשר בין קוסמולוגיה לפיזיקה של חלקיקים אלמנטריים

23. החיפוש אחר ה- WIMPבמכרה בדקוטה הדרומית The Large Underground Xenon (LUX) detector contains 350 kg of cold liquid xenon that will scintillate when it interacts with a WIMP. The liquid xenon, held in the blue oblong vessel in this cutaway diagram, sits inside an 8-meter-diameter by 6-meter-high tank of water that reduces background signals from gamma radiation by seven orders of magnitude. Isolated from other sources of radiation by almost 1500 meters of rock, LUX will improve sensitivity to WIMPs by a factor of 100 over previous methods.

24. AMS-02 –Alpha Magnetic Spectrometer פרויקט משותף לצרןונאס"א- גלאי חלקיקים שהותקן על מעבדת החלל הבינלאומית. מתוכנן למדוד אנטי חומר בקרניים קוסמיות. ב-2013 פורסמו תוצאות של 18 חודשים של מדידות בהן נתגלתה עדות לקיומו של החומר האפל. http://ams.nasa.gov/

26. מאמר ראשון – PRL

27. ואולי אין חומר אפל- דינמיקה ניוטונית מתוקנת עבור תאוצות קטנות MONDפרופ' מרדכי מילגרום

28. תיאוריה מול נתונים

29. מה המוטיבציה לשלב את הנושא של החומר האפל בהוראה בתיכון? • מדע עכשווי – מתרחש בהווה • חידות לא פתורות – סקרנות • מוסיף עניין למורים- מניעת שחיקה • לימוד על טכנולוגיות מתקדמות • ביצוע פרויקטים ועבודות גמר

30. מה קיים? • מודול PI The Mystery of the Dark Matter • The physics of the 21st Century

32. Uranus –A very badly behaved planet • Discovered by William Herschel in 1781 • Period of revolution 84 years, average distance from the Sun is: 19 AU. • After 1800, discrepancies started to be apparent between the planet position as predicted by theory and as measured in the sky

33. Uranus –A very badly behaved planet • Discovered by William Herschel in 1781 • Period of revolution 84 years, average distance from the Sun is: 19 AU. • After 1800, discrepancies started to be apparent between the planet position as predicted by theory and as measured in the sky

34. Neptune Discovery Chronology • In October 1845, Adams wrote to George Airy, the Astronomer Royal of Greenwich Observatory, claiming that he had solved the problem of Uranus' orbit, and stating the position where the unknown planet could be found. • In December 1845 (just two months after Adams), Le Verrier independently published a short manuscript on the orbit of the missing planet. • Neptune was ultimately discovered by the German astronomer Johann Galle, on September 29, 1846, using Le Verrier’s predictions.