Részecskefizika és az LHC: Válasz a kérdésekre

Átírás

1 Horváth Dezső: Részecskefizika és az LHC Leövey Gimnázium, p. 1/28 Részecskefizika és az LHC: Válasz a kérdésekre TÁMOP-szeminárium, Leövey Klára Gimnázium, Budapest, 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 és az LHC Leövey Gimnázium, p. 2/28 Előszó A (részecske)fizika egzakt tudomány: A fizika univerzális nyelve a matematika, pontos matematikai formalizmuson alapszik. Egy elmélet érvényes, ha kiszámítható, és eredménye egyezik a kísérlettel. Az igazi fogalmak mérhető mennyiségek, a szavak csak mankók. Szavak mögött pontos matematika és kísérleti tapasztalat Alapkérdés: milyen pontossággal adja vissza az elméleti számítás a mérések eredményét? Számítás nélkül nincs fizika, csak spekuláció... de a fizika kísérleti tudomány!

3 Horváth Dezső: Részecskefizika és az LHC Leövey Gimnázium, p. 3/28 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

4 A CERN kutatói (felhasználói) 2800 alkalmazott kutató diák (Olasz > német > amerikai > orosz > francia) Horváth Dezső: Részecskefizika és az LHC Leövey Gimnázium, p. 4/28

5 A CERN és környéke Horváth Dezső: Részecskefizika és az LHC Leövey Gimnázium, p. 5/28

6 Az LHC mágnesei összeszerelve Horváth Dezső: Részecskefizika és az LHC Leövey Gimnázium, p. 6/28

7 Horváth Dezső: Részecskefizika és az LHC Leövey Gimnázium, p. 7/28 A CMS mágnese a helyére kerül Nagy magyar csoport (Wigner FK, ATOMKI, DE, ELTE)

8 Horváth Dezső: Részecskefizika és az LHC Leövey Gimnázium, p. 8/28 1. kérdés: Hol van a Higgs-bozon? A Standard Modell egyetlen hiányzó alkatrésze: kísérletileg (még?) nem figyeltük meg, LEP: M(H) > GeV Az elmélet szerint léteznie kell mert tömeget teremt és rendbeteszi az egyenleteket χ July 2011 m Limit = 161 GeV Theory uncertainty α (5) had = ± ± incl. low Q 2 data Excluded m H [GeV] Igazából 1972-ben kezdődött az életem, mint bozon Peter Higgs: My Life as a Boson: The Story of The Higgs, Int. J. Mod. Phys. A 17 Suppl. (2002)

9 Horváth Dezső: Részecskefizika és az LHC Leövey Gimnázium, p. 9/28 LHC, 2011: 114 GeV< M H < 127 GeV (ahol a legtöbb egymással versengő folyamat van)

10 A CMS elektromágneses kalorimétere a H γγ észlelésére optimalizálva PbWO 4 egykristály szcintillátor Horváth Dezső: Részecskefizika és az LHC Leövey Gimnázium, p. 10/28

11 CMS-esemény: H γγ jelölt Horváth Dezső: Részecskefizika és az LHC Leövey Gimnázium, p. 11/28

12 Horváth Dezső: Részecskefizika és az LHC Leövey Gimnázium, p. 12/28 A Higgs-bozon keresése, 2012 május A Higgs-bozon (95% konfindenciaszinten) megengedett tömege kísérletenként (CERN Courier, 2012/3, p. 5) Kísérlet H-tömeg többlet csúcshely LEP > 114,4 GeV σ GeV CMS ,5 2,8 125 ATLAS 122, ,5 126 Tevatron <150 2, χ March 2012 LEP excluded Theory uncertainty α had = α (5) ± ± incl. low Q 2 data m H [GeV] m Limit = 152 GeV LHC excluded Mindenki lát egy kevés többletet, de sehol sem szignikáns, azaz5σ ben felfedezésre itélve?

13 Horváth Dezső: Részecskefizika és az LHC Leövey Gimnázium, p. 13/28 2. kérdés: Szuperszimmetria A Standard Modell minden problémáját megoldaná: Gravitáció? Aszimmetriák: jobb bal világ antivilág Töltéskvantálás: Q e = Q p, Q d = Q e /3 Az Univerzum tömegének csak 4%-át írja le, 23% láthatatlan sötét anyag, 73% rejtélyes sötét energia?? Természetesség: A Higgs-bozon tömege divergál, fermion-bozon szimmetria eltüntetné Szuperszimmetria mindent rendbehozna. Létezik? LHC! Eddig csak kizárni sikerült SUSY-modelleket, de keressük...

14 Horváth Dezső: Részecskefizika és az LHC Leövey Gimnázium, p. 14/28 3. kérdés: Új fizika keresése Az LHC egyik fő területe A Standard Modellen túli részecskék Kvarkok, leptonok, mértékbozonok szerkezete Szuperszimmetria Extra dimenziók Eddig semmit nem találtunk, de dolgozunk rajta,

15 RHIC-hez képest még nincs áttörés, de ugyanaz (színes közeg kialakulása) pontosabban Horváth Dezső: Részecskefizika és az LHC Leövey Gimnázium, p. 15/28 4. kérdés: Nehézion-fizika LHC, 2011: Pb-Pb ütközés az ALICE-ban

16 A Large Ion Collider Experiment Nagy magyar ALICE-csoport (Wigner FK) Horváth Dezső: Részecskefizika és az LHC Leövey Gimnázium, p. 16/28

17 5. kérdés: LHC Grid hálózat A CMS-kísérlet fő grid-állomásai Wigner FK Tier-2: 500 CPU, 260 TB, CMS és ALICE VO 2013 jan.: LHC Tier-0 részben a Wigner FK-ba költözik! Horváth Dezső: Részecskefizika és az LHC Leövey Gimnázium, p. 17/28

18 Horváth Dezső: Részecskefizika és az LHC Leövey Gimnázium, p. 18/28 6. kérdés: Atomreaktor?? Atomreaktor az LHC-alagútban a LEP mellé?? Ez szerintem félreértés. Arról valóban szó van, hogy felépítenek az LHC mellé egy elektrongyorsítót, hogy a korábbi HERA-nál (DESY, Hamburg) sokkal nagyobb energián ütköztessenek elektronokat protonokkal, de reaktorról nem hallottam. A LEP elektron-pozitron ütköztetőt egyszersmindekorra lebontották 2001-ben, annak a helyén épült az LHC. Az új elektrongyorsító, ha megépül, valószínűleg lineáris lesz.

19 Horváth Dezső: Részecskefizika és az LHC Leövey Gimnázium, p. 19/28 7. kérdés: Antianyag-vizsgálatok A CERN antiproton lassítója (AD) a CPT invariancia ellenőrzésére 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) ALPHA (Antimatter Laser PHysics Apparatus): Csapdázott antihidrogén, spektroszkópia kezdete ACE (Antiproton Cell Experiment): kis kísérlet, évente 1 hét mérés, antiproton hatása élő szövetre. Lépések a hadron-terápia felé.

20 Horváth Dezső: Részecskefizika és az LHC Leövey Gimnázium, p. 20/28 Antianyag-vizsgálatok ASACUSA: Atomic Spectroscopy And Collisions Using Slow Antiprotons (Tokió, Aarhus, Bécs, Brescia, Budapest, Debrecen, München) Masaki Hori, Anna Sótér, Dániel Barna, Andreas Dax, Ryugo Hayano, Susanne Friedreich, Bertalan Juhász, Thomas Pask, Eberhard Widmann, Dezső Horváth, Luca Venturelli, Nicola Zurlo: "Two-photon laser spectroscopy of pbar-he+ and the antiproton-to-electron mass ratio", Nature 475, (2011)

21 Horváth Dezső: Részecskefizika és az LHC Leövey Gimnázium, p. 21/28 8. kérdés: Ultragyors neutrínók? Neutrínókísérletek: bányában, alagútban, víz és jég alatt

22 CNGS: CERN neutrínók Gran Sasso-ba Horváth Dezső: Részecskefizika és az LHC Leövey Gimnázium, p. 22/28

23 Horváth Dezső: Részecskefizika és az LHC Leövey Gimnázium, p. 23/28 OPERA: neutrínósebesség mérése szept.: Óriási szenzáció, fénynél gyorsabb neutrínók! 2012 március: Több más kísérlet cáfolja, OPERA hibát talál, eltemetve

24 Horváth Dezső: Részecskefizika és az LHC Leövey Gimnázium, p. 24/28 9. kérdés: Sötét anyag, sötét energia Az Univerzum gravitáló tömege a galaxisok mozgásából és a kozmikus háttérsugárzásból: 4% látható (csillagok, sugárzás, por, gáz, neutrínók) 23% láthatatlan sötét anyag, 73% rejtélyes sötét energia Sötét anyag gomolyog nehéz részecske: SUSY?? Sötét energia egyenletes eloszlású. Kozmológiai állandó?

25 Horváth Dezső: Részecskefizika és az LHC Leövey Gimnázium, p. 25/28 LHC, terv 2012-re p-p ütközések: E = 8 (4+4) TeV, t = 50 ns, L = cm 2 s 1 CMS-eseményválogatás (trigger): 32% Higgs, 23% SUSY, 16% egzotika, 29% S-M fizika LHC működik, amíg ATLAS és CMS külön-külön felfedezik a Higgs-bozont Ha kell, meghosszabbítják a 8 TeV-et 2013-ban a nagy leállás előtt Higgs megfigyelése (+5σ) 8 TeV-nél Ldt 11.5 fb 1 után várható, idén 15 fb 1 remélhető (5 fb 1 már megvan!). Rettenetes pile-up t = 50 ns miatt: p-p/esemény 2013: leállás. 2014: TeV, 25 ns

26 CMS-vezérlő, 2012 május 2, 15h 45p Ügyelet: Spanyol, holland, orosz, kínai, francia, magyar Ügyeletes detektorellenőrzési koordinátor: Szillási Zoltán, ATOMKI Ügyeletes adatellenőrző: HD, Wigner FK Horváth Dezső: Részecskefizika és az LHC Leövey Gimnázium, p. 26/28

27 Köszönöm a figyelmet Horváth Dezső: Részecskefizika és az LHC Leövey Gimnázium, p. 27/28

28 Horváth Dezső: Részecskefizika és az LHC Leövey Gimnázium, p. 28/28 Köszönetnyilvánítás Nemzeti Kutatási és Technológiai Hivatal OTKA NK67974, NK81447, K72172 és H07C EU FP6 MC-ToK és FP7 III Magyar és Osztrák Tudományos Akadémia TéT JAP-21/2006 és Tokiói Egyetem Megértő együttműködő partnereink