Részecskefizika I: a standard modell

Átírás

1 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 1/70 Részecskefizika I: a standard modell DE Kísérleti Fizika tanszék, április 15. Horváth Dezső horvath.dezso@wigner.mta.hu MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont, Részecske- és Magfizikai Intézet, Budapest és MTA Atommagkutató Intézet, Debrecen

2 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 2/70 Részecskefizika I: a standard modell A. Elemi részecskék Fermionok és bozonok, kvarkok és leptonok Összetett részecskék A kvarkok töltése és színe B. Kölcsönhatások Mértékszimmetriák Kvantumelektrodinamika Kvantumszíndinamika Higgs-mechanizmus Elektrogyenge kölcsönhatás Tömegteremtés C. A standard modell ellenőrzése Eseményregisztrálás Kalorimetria Z-szélesség és a 3 család a Higgs- A SM diadalútja: bozon D. A rejtélyes neutrínók Neutrínóforrások és -kísérletek Rejtélyek: hiány Neutrínó-oszcilláció Hányféle neutrínó van?

3 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 3/70 Részecskefizika A (részecske)fizika egzakt tudomány: Pontos matematikai formalizmuson alapszik. Elmélet érvényes, ha kiszámítható, és eredmény egyezik kísérlettel. Az igazi fogalmak mérhető mennyiségek, a szavak csak mankók. Szavak pontos matematika és kísérleti tapasztalat

4 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 4/70 Kvantumtérelmélet A kvantummechanika leírja a részecskék mozgását, de a bomlását, ütközés közbeni átalakulását nem kezeli Egy részecskéből nem lehet másik részecske Térelmélet: részecskék helyett erőterek hullámcsomagjai mozognak Kölcsönhatás: energiát, lendületet (impulzust), töltést, stb. cserélnek Ezt közvetítő részecskék (bozonok) viszik át

5 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 5/70 Az atomtól a kvarkig m m m < m pontszerű!

6 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 6/70 A mikrovilág vizsgálata: nagy energia Tárgy méret, m energia 1 ev = kinetikus energia, amelyet 1 V átszelésekor szerez egy elektron 1 kev = 10 3 ev 1 MeV = 10 6 ev; 1 GeV = 10 9 ev 1 TeV = ev kicsi baktérium λ(fény) ev atom kev atommag GeV elektron TeV Nagyobb energia kisebb távolság mélyebb szerkezet

7 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 7/70 Fermionok és bozonok Legfontosabb tulajdonság: spin (perdület) = saját impulzusmomentum h egységben Tulajdonság fermion bozon Spin feles ( 1 2, ) egész (0, 1, 2,...) ψ(1,2)=±ψ(2,1) + Pauli-kizárás van nincs Részecskeszám megmaradása van nincs Statisztika Fermi-Dirac Bose-Einstein Kondenzáció nincs van

8 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 8/70 Elemi (pontszerű!) részecskék Elemi fermionok: leptonok és kvarkok Elemi bozonok: kölcsönhatások közvetítői + Higgs-bozon

9 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 9/70 Elemi fermionok (S= 1 2 ) 1. család 2. család 3. család töltés Leptonok ν e e L ν µ µ L ν τ τ L 0 1 Kvarkok u d c s t b L L L 1 3 Tömeg családdalրnő; kvarkbomlás:, majdտ () L : gyenge kölcsönhatás sérti a paritás-szimmetriát balos részecskepárok és jobbos antirészecskepárok d,s,b : kevert állapotok

10 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 10/70 Hadronok: összetett részecskék Mezonok = qq-állapotok: J = 0, 1,... (bozonok) Q=0, ±1, B=0 Barionok = qqq-állapotok: J = 1 2, 3 2,... (fermionok) Q=0, ±1, ±2, B=1 (barionok) Nukleonok: proton = (uud), neutron = (udd) alapállapot J = 1 2, B=1 Pionok (J = 0, B=0): π + =(ud), π 0 = 1 2 (uu dd), π =(du)

11 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 11/70 ++ = (u u u ) Színes kvarkok Bajok a kvarkmodellel Mi tartja össze a hadronokat? 3 azonos fermion, Pauli-kizárás?? Miért csak (qq) és (qqq) hadronok, miért nincs szabad kvark? R Új kvantumszám: 3 szín G B ++ kvarkjai különböző kvantumállapotban Kvarkok között erős, vonzó szín szín kölcsönhatás Csak színtelen állapotok szabadok (kvarkbezárás)

12 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 12/70 Színtelen kvarkállapotok Mezon = (qq); barion = qqq; antibarion = (qqq) q kvarkok azonosak vagy különbözők. Mindent magyaráz Bizonyíték: Összes lehetséges kvarkállapot létezik Nem találtunk lehetetlent (pl. Q > 2) Nem látunk több-kvarkos állapotot (dibarion, pentakvark?) Családokban össztöltés Q=Q ν + Q l + 3(Q u + Q d )=0 anomáliák eltűnnek

13 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 13/70 Kölcsönhatások és közvetítő bozonjaik Kölcsön- erősség potenciál hatótáv élettartam bozon m 0 hatás Erős 1 R 1 fm 1/m π El-mágn /R Gyenge R e R R 0 < 1 fm R 0 h M W c s ( pπ) s (π 0 γγ) > s (π µ ν) GeV 8 gluon 0 foton 0 W ± Z Gravitáció R graviton 0 r(proton) = 0,8 fm 1 fm = m

14 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 14/70 Amit mérünk: hatáskeresztmetszet Bombázó részecskenyaláb Céltárgy részecskéje σ = W/Φ átmeneti valószínűség/fluxus Egysége: 1 barn = m 2 (1 pb = m 2 ) Fluxus = részecskék sűrűsége sebessége nyalábban: Φ=n b v b = részecskeszám/felület/sec

15 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 15/70 Amit mérünk: rezonancia τ=γ 1 élettartam exp. bomlás: N(t)=N 0 e Γt Valószínűségeloszlás: χ(e) 2 = 1 (E M) 2 +Γ 2 /4 M Γ } Breit-Wigner-formula rezonancia { helye szélessége Lorentz-görbe Új részecske felfedezése: rezonancia a tömegnek megfelelő ütközési energiánál

16 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 16/70 Elektromágneses pionszórás nukleonon q µ πn µ µ + X π q Ν γ µ + π =(ud) 12 C (18u+18d) π + =(ud) > σ 18Q 2 u = > σ 18Q 2 d = σ(π C µ + µ...) σ(π + C µ + µ...) 4 kísérlet

17 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 17/70 B. Kölcsönhatások Szimmetriák és megmaradási törvények Mértékszimmetriák és kölcsönhatások Kvantumelektrodinamika és a foton Kvantumszíndinamika és a gluon, kvarkbezárás Brout-Englert-Higgs-mechanizmus Elektrogyenge kölcsönhatás Tömegteremtés

18 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 18/70 Szimmetriák Noether tétel: Globális szimmetria megmaradási törvény Eltolás térben impulzus (lendület) Eltolás időben energia Forgatás impulzusmomentum Elektromágneses mérték- töltés Mértékelmélet: Lokális szimmetria kölcsönhatás Lokális szimmetria: pontról pontra meghatározott módon módosuló Részecskefizika legfontosabb feladata a szimmetriák vizsgálata

19 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 19/70 Kvantumelektrodinamika Az elektromágneses jelenségek kvantumelmélete Töltött részecskék szóródása egymáson: A C p C p D q 1 2 t B D A + B => C + D p A p B Leírás: foton q impulzust visz át A-ról B-re Feynman-gráf: recept valószínűség kiszámítására Belső foton, nem észlelhető virtuális

20 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 20/70 Kvantumszíndinamika, QCD Szín-szín kölcsönhatás Közvetítő: gluon, m=0, J = 1 Színt hordoz: RR, GG, BB, RG, RB, GR, GB, BR, BG de 1 3 (RR+GG+BB)=1 8 független U U = I, detu = as mátrixok SU(3) csoportja. gluon foton: m, J, de γ nem hordoz töltést gluon két színt g-g kölcsönhatás V(r) r

21 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 21/70 Fragmentáció, hadronizáció Fragmentáció, hadronizáció: Kvarkpárok keltése, amíg az energiából futja színtelen végállapot nincs szabad kvark vagy gluon szakadó gluonszál Példa: pπ + K + Σ + kvarkvonalakkal

22 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 22/70 Mérték-kölcsönhatások elmélete Pontszerű fermion (pl. elektron) mozog lokális (pontról pontra szabályszerűen változó) szimmetriájú térben. Lokális szimmetria speciális (kovariáns) deriválás Háromféle lokális szimmetria, három kölcsönhatás: elektromágneses, gyenge és erős (szín-) Mértékbozonok mind zérus-tömegűek: foton és 8 gluon rendben. De 3 gyenge bozon nehéz: m(w ± )=80 GeV; m(z 0 )=91 GeV!! Ráadásul gyenge kh. elméletében végtelen tagok, zérus-spinű bozon létezése megszabadítana tőlük. Megoldás: Brout-Englert-Higgs-mechanizmus

23 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 23/70 Spontán szimmetriasértés tömeg Gyenge bozonok tömege Higgsbozon David J. Miller és CERN: djm/higgsa.html

24 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 24/70 Elektrogyenge kölcsönhatás Elektromágneses és gyenge kölcsönhatás egyesítése a BEH-mechanizmus jótékony közreműködésével Eredmény: zérus-tömegű foton és nehéz Z, W +, W e lepton ν e { d u d n } d u u p W W + e p nukleon n Standard modell: áram-áram kölcsönhatás neutronbomlás Gyenge a kh.? M W = 81 GeV, M n M p = 1,3 MeV! ν e

25 A standard modell állatkertje Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 25/70

26 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 26/70 Paritássértés β-bomlásban A τ θ paradoxon: Két részecske azonos tulajdonságokkal, csak a paritásuk különböző: τ + 2π θ + 3π (J P (π)=1 ) Tsung-Dao Lee és Chen-Ning Yang (1956) Paritásmegmaradás kísérleti bizonyítékai elektromágneses jelenségekre Gyenge kh. sérti paritást, τ + θ + ( K + ) Javaslatok kísérleti ellenőrzésre ísérleti igazolás: Chien-Shiung Wu et al. (és Richard L. Garwin et al.), 1957 Nem tudom elhinni, hogy Isten balkezes (Wolfgang Pauli) Lee és Yang: Nobel-díj, 1957

27 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 27/70 C. A standard modell ellenőrzése Eseményregisztrálás Kalorimetria Z-szélesség és a 3 család A SM diadalútja

28 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 28/70 Eseményregisztrálás, trigger Esemény (event) Valamilyen érdekes észlelés (trigger) indítja Minden jellemző adatot tartalmaz Egyidejűleg többfélét regisztrálunk Fizikai, kalibrációs, ellenőrző Triggertől függ, milyen adatokat tartalmaz Ami az érdekes Trigger Elektronikus és számítógép-generált CMS: 2 trigger-szint 1: 100 khz; 2: 100 Hz eseményhozam

29 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 29/70 A CERN gyorsítói: múlt és jövő LEP: LHC: ?

30 A CERN és környéke Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 30/70

31 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 31/70 Az LHC terelő-mágnesei 1232 szupravezető mágnes (beszerelés előtt) (L=15 m, M = 35 t, T = 1.9 K, B=8.3 T)

32 Az LHC mágnesei összeszerelve Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 32/70

33 Kalorimetria: a CMS-detektor szelete Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 33/70

34 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 34/70 Hadronkaloriméterek és visszatérítõ mágnes Elektromágneses kaloriméterek A néhai OPAL detektor Omni Purpose pparatus for LEP Large Electron Positron collider, Jetkamrák Müondetektorok Vertexdetektor Mikrovertexdetektor 10 m y Ø10 m θ ϕ Z-kamrák z x Elõremeneti detektor Elõmintavevõ Szilícium-wolfram luminozitásmérõ Repülési idõ számláló Szolenoid és nagynyomású tartály

35 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 35/70 LEP-események: e + e Z... pontszerű leptonok ütközése tiszta folyamatok ipikus OPAL-esemény e + e W + W 4 kvark 4 hadronzápor 75 töltött részecske

36 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 36/70 A gluon létezése: 3 hadronzápor OPAL e + e qqg

37 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 37/70 A Z-csúcs (e + e Z...) Rezonancia: E 2 CM = M2 Z M Z = ± GeV Bomlási szélesség: Γ Z = Γ e + e + Γ µ + µ + Γ τ + τ + Γ had+ Γ inv SM mindegyiket megjósolja Illesztés LEP-adatokhoz M Z,Γ Z,Γ(Z...) vs. E CM A láthatatlan szélesség: Γ inv /Γ Z = 1 Γ hadr /Γ Z 3 Γ l + l /Γ Z =(20,0±0.6)%

38 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 38/70 A 3 fermioncsalád A láthatatlan szélesség: Γ inv /Γ Z = 1 Γ hadr /Γ Z 3 Γ l + l /Γ Z =(20,0±0.6)% Standard modell: neutrínók Γ νν = 1,979 Γ l + l Könnyű neutrinók száma: N ν = Γ inv /Γ νν = 2,994±0.012 SM-ben 3 leptoncsalád 3 kvarkcsalád (össztöltés 0!)

39 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 39/70 A SM Higgs bozonja Spin nélküli, semleges, nehéz részecske Renormálás (divergenciák eltávolitása) skalár részecskéje, kvantumszámok nélkül A SM megadja a keletkezési és bomlási valószínűségeit. Tömegfüggő, pl. fermion párra bomlásé σ(h ff) m 2 f /m2 W Tömeget a SM nem jósol, csak limitál: 30 GeV< m H < 500 GeV Létezik? SM: muszáj léteznie Megfigyelnünk csak 2012-ben sikerült. LHC: m H = 126 GeV

40 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 40/70 A standard modell diadalmenete Measurement Fit O meas O fit /σ meas α (5) had (m Z ) ± m Z [GeV] ± Γ Z [GeV] ± σ 0 had [nb] ± R l ± A 0,l fb ± A l (P τ ) ± R b ± R c ± A 0,b fb ± A 0,c fb ± A b ± A c ± A l (SLD) ± sin 2 θ lept eff (Q fb ) ± m W [GeV] ± Γ W [GeV] ± m t [GeV] ± March Állapot 2012 óta Valamennyi kísérlet sokszáz mérésének analízise: Mért számolt /szórás Kilógó adat: a e + e Z b b előre hátra aszimmetriája LEP Electrogyenge munkacsoport:

41 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 41/70 MS (Compact Muon Solenoid) detektor Súly: tonna, kétszer annyi vas, mint Eiffel toronyban A legnagyobb szupravezető szolenoid: belső átmérő 6 m, B=4 Tesla 3275 fizikus (44 magyar), 790 mérnök és technikus 41 ország 179 intézményéből (USA > Olaszo. > Németo. > Oroszo.) Detektorépítésben magyar részvétel: Müondetektorok pozicionáló rendszere: DE Kisérleti Fizikai Int. és ATOMKI Előreszórt részecskék észlelése: (Hadron Forward calorimeter, HF) Készült USA-RU-TR-HU együttműködésben: RMKI, Budapest Az első leeresztett CMS-detektorrész: nov. 11. Adatkezelés: Worldwide LHC Computing Grid Tier-2 állomás Budapesten, Tier-3 Debrecenben

42 Munka 160 müonkamrán Béni Noémi és Szillási Zoltán (Debrecen) Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 42/70

43 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 43/70 HF: kvarcszálak acélban Minden CERN-es magyar fűzte Szálkalibráció kész darabon

44 A CMS mágnese Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 44/70

45 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 45/70 Higgs-bozon keltése az LHC-nál g q H g gluon-fúzió q q _ q W,Z _ q H vektorbozonfúzió

46 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 46/ március A 2011-es CMS-adatokból: 114 < M H < 127 GeV (at 95% CL) (egymással versengő folyamatok!) Legjobban azonosítható: H γγ A Higgs-bozon bomlása Eseménytöbblet: 2...3σ 125 GeV-nél

47 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 47/70 CMS: 78 p-p ütközés egyszerre! Sok p-p ütközés lehet ugyanabban az eseményben (csomag-ütközésben). Rekord: 78 azonosított p-p ütközés. Adatmennyiséget növeli, de elemzést nehezíti.

48 CMS-esemény: H γγ jelölt Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 48/70

49 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 49/ július 4: valami van! ATLAS és CMS, 7 és 8 TeV ütközési energián, H γγ és H ZZ l + l l + l csatornában, m 126 GeV tömegnél statisztikusan jelentősen (kísérletenként 5σ szignifikanciával) lát egy új H részecskét a SM Higgs-bozonjának megfelelő tulajdonságokkal. François Englert és Peter Higgs első találkozása

50 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 50/70 CMS: H γγ (VBF) Bomlási pont a γγ invariáns tömeg meghatározásához: Vektorbozon-fúziós események két hadronzápora.

51 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 51/70 H γγ tömegeloszlása CMS ATLAS

52 CMS: H ZZ e + e µ + µ Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 52/70

53 CMS: H ZZ l + l l + l Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 53/70

54 Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, április fólia p. 54/70 Ez a SM Higgs-bozonja? A különböző bomlási módusok valószínűsége a SM előrejelzéseihez képest 126 GeV-es Higgs-bozonra CMS átlaga, 2012 november: 0.88 ± 0.21 ATLAS átlaga, 2012 november: 1.3 ± 0.3 Közeledünk a SM-hez (sajnos :-) ATLAS és CMS, április 15: Nagyon úgy néz ki, hogy a SM Higgs-bozonját találtuk meg. Minden megfigyelt tulajdonsága arra vall.

55 Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, április fólia p. 55/70 D. A rejtélyes neutrínók Neutrínóforrások és -kísérletek Rejtélyek: hiány Neutrínó-oszcilláció Hányféle neutrinó van? További rejtélyek: tömeg, keveredés

56 Neutrínóforrások Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, április fólia p. 56/70

57 Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, április fólia p. 57/70 Debrecen, 1956: a ν e megfigyelése Szalay Sándor és Csikai Gyula a ködkamrával, és az elektron-antineutrínó nyoma

58 Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, április fólia p. 58/70 A Nap neutrínói 4 1 H 4 He+2e + + 2ν e Észlelési egység: Solar Neutrino Unit 1 SNU= ν kölcsönhatás atom sec 1 ν-kh/nap/10 30 atom ( t anyag) Mérés: ν e + 37 Cl 37 Ar+e (R. Davis, Nobel-díj 2002) Várt: 8,2±1,8 SNU; mért: 2,56±0,23 SNU Elvesztek?? Kihűl a Nap?? Mi rossz: Napmodell vagy mérés? Mindkettő megerősítve...

59 Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, április fólia p. 59/70 Légköri neutrínók π + µ + ν µ µ + e + ν µ ν e π µ ν µ Várt: N µ /N e 2 Mért: N µ /N e 2 Hova lesznek?

60 Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, április fólia p. 60/70 Rengeteg a neutrínó-kísérlet! Bányában, alagútban, víz és jég alatt 17 lezárt, 34 működő, 9 épülő, 7 tervezett

61 Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, április fólia p. 61/70 Észlelés vízben ν e n e p ν µ n µ p ν e p e + n ν µ p µ + n Bennszülött, nagyenergiájú e ±,µ ± Cserenkov-sugárzás: ellipszisalak, időzítés irány

62 Szuper-Kamiokande belülről Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, április fólia p. 62/70

63 Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, április fólia p. 63/70 Szuper-Kamiokande: müonok Légköri neutrínók (E ν < 1 GeV): Müonok azonosítása: lassulás, bomlás (N µ /N e ) data (N µ /N e ) MC = 0,688±0,016±0,050 Hova lesznek?

64 Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, április fólia p. 64/70 Szuper-Kamiokande: oszcilláció! Légköri neutrínók MC ν-oszc. nélkül MC ν µ ν τ oszc. ν e és ν µ fentről megvan Lentről jövő ν µ elfogy (Θ: zenitszög) Oszc. Föld átmérőjében M. Koshiba, Nobel-díj, 2002 ν e ν µ ν µ

65 Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, április fólia p. 65/70 SKK: légköri neutrínók Sok-GeV-es müon-neutrínókra ν µ ν τ oszcilláció Föld átmérőjén Fluxus föl/fluxus le = N( 1,0<cosΘ< 0,2) N(0,2<cosΘ<1.0) = 0,54±0,04 1, ev 2 M 2 atm 3, ev 2

66 Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, április fólia p. 66/70 A SNO detektorrendszere Sudbury Neutrino Observatory

67 Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, április fólia p. 67/70 SNO: a nap-neutrínók Teljes fluxus elmélet ν e eloszcillál M 2 = ev 2 Θ=30 L osc [km]=2π E[GeV] 1,27 M 2 [ev 2 ] Nap-neutrínók: ν e ν X oszcilláció Nap-Föld távolságon Legalább két neutrínóra m ν > 0!

68 Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, április fólia p. 68/70 IceCube: 2.8 km az Antarktisz jegében TeV-es neutrínó E ν = 1060 TeV!

69 Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, április fólia p. 69/70 A jelenlegi szituáció Állapotfrakciók: xxxx ν e /////// ν µ \\\\\ ν τ Tömeg-sajátállapotok Gyenge sajátállapotok Légkör: M ev 2 Nap: M ev 2 Megoldottuk problémákat? Tömeges a neutrínó... Még több lett a neutrínó-rejtély: Mitől van tömege és mi keveri az állapotait?

70 Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, április fólia p. 70/70 Konklúzió helyett "Van egy elmélet, miszerint, ha egyszer kiderülne, hogy mi is valójában az Univerzum, és mit keres itt egyáltalán, akkor azon nyomban megszűnne létezni, és valami más, még bizarrabb, még megmagyarázhatatlanabb dolog foglalná el a helyét" "Van egy másik elmélet, amely szerint ez már be is következett" Douglas Adams: Vendéglő a világ végén (Nagy Sándor fordítása)