Alapvető szimmetriák kísérleti vizsgálata

Átírás

1 Horváth Dezső: Alapvető szimmetriák kísérleti vizsgálata MTA, december 2. p. 1 Alapvető szimmetriák kísérleti vizsgálata MTA, december 2. Horváth Dezső MTA KFKI RMKI, Budapest és ATOMKI, Debrecen

2 Horváth Dezső: Alapvető szimmetriák kísérleti vizsgálata MTA, december 2. p. 2 Bemutatkozás: honnan jövök Alacsonyenergiás neutronfizika: Kiss Ádám és Ádám András, ELTE+KFKI, (2 publikáció 7 hivatkozással, diplomamunka: 1970) Anyagvizsgálat pozitron-annihilációval: Kajcsos Zsolt, Dézsi István és Balogh Ádám, KFKI, (6 publ + 46 hiv, egyetemi doktori: 1974) Fizikai-kémiai vizsgálatok negativ pionokkal: V.I.Petruhin, V.M.Szuvorov és I.A.Jütlandov, Dubna és Gatcsina, (8 publ + 48 hiv, H-kötési modell és kandidátusi: 1979) Mössbauer-spektroszkópia amorf rendszereken: Nagy Dénes Lajos, RMKI, (7 publ + 27 hiv, 2 PhD) Egzotikus atomok és müon-katalizálta magfúzió: V. I. Petruhin (Dubna), Lévay Béla (ELTE), D.F.Measday és K.A. Aniol (TRIUMF); Dubna, Gatcsina és Vancouver, (31 publ hiv; fenom. modell, DSc: 1987) Kaonbefogás protonban hiperonreakciók [Λ(1405)]: D.F.Measday (TRI- UMF); B.L. Roberts (Boston U) és J. Lowe (Birmingham U), Vancouver és Brookhaven, (23 publ hiv)

3 Horváth Dezső: Alapvető szimmetriák kísérleti vizsgálata MTA, december 2. p. 3 Bemutatkozás: hol tartok CPT-teszt antiprotonokkal: G. Torelli, Pisa; J. Eades, CERN; T. Yamazaki, R. S. Hayano és M. Hori, Tokió; E. Widmann, CERN és SMI; Barna Dániel és Zalán Péter, RMKI; CERN, 1989 (62 publ hiv, 1-1 ELTE és DE diplomamunka és 1 DE PhD) Higgs-bozonok keresése a LEP-nél: Igó-Kemenes Péter, Hajdu Csaba, Pálinkás József és Pásztor Gabriella, OPAL, (27 publ hiv, 1-1 ELTE diplomamunka és PhD) Hadronképződés γ γ ütközésben: Thorsten Wengler és Trócsányi Zoltán, OPAL, (10 publ hiv, 3 diplomamunka (BME, DE) és 2 PhD (DE)) A Standard modell kísérleti ellenőrzése, Trócsányi Zoltán, G. Bella (és az OPAL együttműködés), (245 publ hiv, 1 BME diplomamunka) Szuperszimmetrikus részecskék keresése az LHC-nál: Maria Spiropulu és Veszprémi Viktor, CMS, 2005 (sok előadás, 2 publ + 97 hiv)

4 Horváth Dezső: Alapvető szimmetriák kísérleti vizsgálata MTA, december 2. p. 4 A kísérleti technika fejlesztése Mérésvezérlő és adatkezelő programok: Mindenkivel, mindenütt, folyton (külön nem publikálva) Mössbauer spektrométer konverziós elektronokkal: Fehér Sándor, RMKI, (1 szabadalom) Szcintillációs fal építése (scint. tile, OPAL Time-of-flight Endcap): A. Ball, OPAL, CERN, (1 publ., 2 hiv.) Lassú részecskenyaláb fejlesztése (CERN és PSI): G. Torelli, INFN Pisa; L.M. Simons, PSI és Y. Yamazaki, RIKEN, 1989 (14 publ + 53 hiv, 1 DE diplomamunka) A BUDAPEST grid-állomás fejlesztése: Debreczeni Gergely, Hajdu Csaba és Hernáth Szabolcs, RMKI, 2003 (előadások és ism-terj. cikkek) Nemzetközi lineáris ütköztető: R. Heuer és A. Wagner, DESY, (tervekről 2 publ + 21 hiv)

5 Horváth Dezső: Alapvető szimmetriák kísérleti vizsgálata MTA, december 2. p. 5 CPT -invariancia A térelmélet alaptétele: CPT p(r,t)> = p( r, t)> p(r,t)> azaz szabad antirészecske részecske, amely téridőben visszafelé mozog. CPT sérülése sértené: a kölcsönhatások lokalitását azaz a kauzalitást, vagy unitaritást, az anyag, információ,... megmaradását, vagy a Lorentz-invarianciát. De az ősrobbanás után miért maradt vissza anyag, miért nincsenek antianyag-galaxisok? Vannak CPT sértő modellek ellenőrizni Kísérlet: részecske = antirészecske?

6 Barna Dániel, Horváth Dezső, Zalán Péter (RMKI) Juhász Bertalan (ATOMKI SMI, Bécs), Tőkési Károly (ATOMKI) Sótér Anna (ELTE, diplomamunkás LMU, München) Horváth Dezső: Alapvető szimmetriák kísérleti vizsgálata MTA, december 2. p. 6 A CERN antiproton lassítója (AD) a CPT invariancia ellenőrzésére épült Három CPT kísérlet az AD-nál: ATRAP: q(p)/m(p) q(p)/m(p) H(2S 1S) H(2S 1S) ALPHA: H(2S 1S) H(2S 1S) ASACUSA: q(p) 2 m(p) q(p) 2 m(p) µ l (p) µ l (p) Vörös: működik, zöld: tervben ASACUSA: Atomic Spectroscopy And Collisions Using Slow Antiprotons (Tokió, Aarhus, Bécs, Brescia, Budapest, Debrecen, München) R. S. Hayano, M. Hori, D. Horváth, E. Widmann: Antiprotonic helium and CPT Invariance, Repts Prog. Phys. 70 (2007)

7 Particle Physics Review, 2008 M. Hori,..., B. Juhász, D. Barna, D. Horváth: Phys. Rev. Lett. 96 (2006) Jelenleg: kétfotonos, Doppler-mentes spektroszkópia Horváth Dezső: Alapvető szimmetriák kísérleti vizsgálata MTA, december 2. p. 7

8 Horváth Dezső: Alapvető szimmetriák kísérleti vizsgálata MTA, december 2. p. 8 µ(p): vonal-felhasadás phe + -ban F =L 1/2 F =L 1/2 (n,l ) F =L 1/2 J + =L F =L 1/2 J + =L (n,l ) F =L 1/2 J + =L J =L 1 J =L 1 J =L 1 F + =L +1/2 (n,l) (n,l) ν HF + F + =L +1/2 (n,l) f + J ++ = L+1 ν HF J ++ = L+1 f + J ++ = L+1 F + =L+1/2 J + =L F + =L+1/2 J + =L F + =L+1/2 J + =L Step 1: depopulation of F + doublet with f + laser pulse Step 2: equalization of populations of F + and F - by microwave Mágneses momentumok µ(p) µ(p) CPT-invariancia OK T. Pask, D. Barna, A. Dax, R.S. Hayano, M. Hori, D. Horváth, B. Juhász, C. Malbrunot, J. Marton, N. Ono, K. Suzuki, J. Zmeska1, E. Widmann: J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 41 (2008) Thomas Pask: PhD-dolgozat, Bécs, R ++ /R ++ off Step 3: probing of population of F + doublet with 2nd f + laser pulse ν HF ν HF ν MW (GHz) Mikrohullámú frekvencia-spektrum

9 Horváth Dezső: Alapvető szimmetriák kísérleti vizsgálata MTA, december 2. p. 9 MUSASHI: lassú antiproton nyaláb Monoenergetic Ultra Slow Antiproton Source for High precision Investigations 5.8 MeV p AD RFQ (2000) 100 kev p RFQ csapda (2001) p csapdában hűtve (2002) > lassú p kivezetve (2004) > p FWHM 3 mm (2008) Cél: atom- és magfizika, QCD, H N. Kuroda,..., B. Juhász, D. Horváth,..., Y. Yamazaki: Phys. Rev. Lett. 94 (2005) N. Kuroda,..., D. Barna,... D. Horváth,..., Y. Yamazaki: Phys. Rev. Lett. 100 (2008)

10 Horváth Dezső: Alapvető szimmetriák kísérleti vizsgálata MTA, december 2. p. 10 Standard Modell állatkertje és felépítése Mértékelmélet: Lokális szimmetria kölcsönhatás Spontán szimmetriasértés tömegek, kiszámíthatóság

11 Horváth Dezső: Alapvető szimmetriák kísérleti vizsgálata MTA, december 2. p. 11 A Standard Modell diadalútja 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] ± nyarán valamennyi kísérlet sokszáz eredményéből Mért számolt /szórás Egyetlen adat 2-szeres szórás fölött: e + e Z b b előre-hátra aszimmetriája LEP elektrogyenge munkacsoport: August

12 Horváth Dezső: Alapvető szimmetriák kísérleti vizsgálata MTA, december 2. p. 12 A Standard Modell problémái Aszimmetriák: jobb bal világ antivilág Sötét anyag és energia?? Az Univerzum tömegének 4%-a közönséges anyag (csillag, gáz, por, ν), 23 %-a láthatatlan sötét anyag, 73 %-a rejtélyes sötét energia Természetesség: A Higgs-bozon tömege divergál, fermion-bozon szimmetria eltűntetné. Gravitáció: nem illik a másik három kölcsönhatás rendszerébe. A problémákat mind megoldaná, ha a fermionok és bozonok párban léteznének, azonos tulajdonságokkal (tömeg, töltés) A szuperszimmetria nyilvánvalóan sérül: nincsenek ilyen részecskék, vagy nagyon nagy a tömegük

13 Horváth Dezső: Alapvető szimmetriák kísérleti vizsgálata MTA, december 2. p. 13 Omni Purpose Apparatus for LEP OPAL Magyar résztvevők: (1995-től) diplomamunkás doktorandusz OPAL PhD 310 résztvevő, 421 publikáció, független hivatkozás (SPIRES) Csilling Ákos RMKI 2000 γγ Dienes Beatrix DE ATOMKI 1997 QCD Hajdu Csaba RMKI 1995 H ± Horváth Dezső RMKI & ATOMKI 1995 H ±, lumi, PE, Hudácskó Attila DE γγ Igó-Kemenes Péter Heidelberg H ± ifj. Krasznahorkay Attila DE ATOMKI 2003 γγ Pálinkás József DE & ATOMKI DE QCD Patay Gergely BME TGC Pásztor Gabriella ELTE RMKI 1995 H ± Trócsányi Zoltán DE & ATOMKI 1997 QCD Ujvári Balázs DE 2001 γγ Vértesi Róbert BME DE RMKI 2002 γγ

14 Horváth Dezső: Alapvető szimmetriák kísérleti vizsgálata MTA, december 2. p. 14 Az OPAL publikációs aktívitása, 2001 A csoportok közötti versenyt 2002-ben végleg megnyertük

15 Horváth Dezső: Alapvető szimmetriák kísérleti vizsgálata MTA, december 2. p. 15 Töltött Higgs bozon a LEP-nél LEP: keltés párban (ha egyáltalán): Bomlás nehéz fermionra: e + e H + H H + qq ( cs) vagy τν Három csatorna három analízis: τ + ν τ τ ν τ (leptonos : Manchester) e + e H + H τ + ν τ cs+τ ν τ cs (vegyes : Hajdu Csaba) cscs (hadronos : HD) Összesítés: Pásztor Gabriella

16 Horváth Dezső: Alapvető szimmetriák kísérleti vizsgálata MTA, december 2. p. 16 H + H qqqq, GeV OPAL Preliminary: H + H - qqqq, GeV M(H ± ) = 60 GeV Events / Signal*100 M H ± = 60 GeV Likelihood Events / 2 GeV M H ± = 60 GeV OPAL data (595) 4-fermion 2-fermion Signal (60 GeV) SM bgr = Signal = Reconstructed mass (GeV) M(H ± ) = 75 GeV Events / Events / 2 GeV M H ± = 75 GeV Data = 1100 SM bgr = Signal = Signal*100 M H ± = 75 GeV Likelihood Reconstructed mass (GeV)

17 Nem találtunk új fizikát a LEP-nél, építsünk LHC-t! Horváth Dezső: Alapvető szimmetriák kísérleti vizsgálata MTA, december 2. p. 17

18 Worldwide LHC Computing Grid A CMS-kísérlet fő WLCG-állomásai RMKI Tier-2: 426 CPU TB a CMS, ALICE és Hungrid VO számára Horváth Dezső: Alapvető szimmetriák kísérleti vizsgálata MTA, december 2. p. 18

19 Horváth Dezső: Alapvető szimmetriák kísérleti vizsgálata MTA, december 2. p. 19 RMKI grid: nov Az RMKI Tier-2 állomása Készenlét és működés: 98% - 100% A legjobb CMS-T2 novemberben helyezett: T2_RU_JINR és T2_TW_Taiwan

20 Horváth Dezső: Alapvető szimmetriák kísérleti vizsgálata MTA, december 2. p. 20 Szuperszimmetria (SUSY) keresése Jel: SUSY-pár részecskéi fermion + könnyebb SUSY... fermionok + legkönnyebb SUSY-részecske Fermionsorozat hiányzó energiával Mérés valamennyi modell valamennyi paraméterértékére?? Együttműködés elméleti kollégákkal: kiválasztott jellemző pontok ellenőrzése Adott modell és paraméterek számszerű előrejelzés a SUSY-tulajdonságokra és a reakciók valószínűségeire kísérletileg ellenőrizhető az LHC-nál! Jómagam: új algoritmus a legkönnyebb SUSY-kvark ( t) keresésére

21 Horváth Dezső: Alapvető szimmetriák kísérleti vizsgálata MTA, december 2. p. 21 Elveszett (vagy véletlen) szimmetriák? CPT invariancia: alapvető, abszolút, nem sérül P, CP: gyenge kölcsönhatásban sérül Higgs-mechanizmus spontán szimmetriasértés rendbehozza az elektrogyenge kölcsönhatást létrehozza a fermiontömegeket és a Higgs-bozont Szuperszimmetria? Szép elmélet, megoldja a Standard Modell problémáit Alacsony energián sérül, mert nem látjuk a részecskéit Frank Wilczek:.. the fundamental equations of physics have more symmetry than the actual physical world does Steven Weinberg:.. the effective Lagrangian automatically obeys one or more symmetries, which are not symmetries of the underlying theory...

22 Horváth Dezső: Alapvető szimmetriák kísérleti vizsgálata MTA, december 2. p. 22 Köszönetnyilvánítás OTKA, NKTH, TéT EU FP6 és FP7 ASACUSA, OPAL és CMS együttműködés

23 Köszönöm a figyelmet Horváth Dezső: Alapvető szimmetriák kísérleti vizsgálata MTA, december 2. p. 23