A CERN, az LHC és a vadászat a Higgs bozon után. Genf

Átírás

1 A CERN, az LHC és a vadászat a Higgs bozon után Genf

2 European Organization for Nuclear Research 20 tagállam (Magyarország 1992 óta) CERN küldetése: on ati uc Ed on Alapítva 1954-ben Inn ov ati CERN uniting people Research

3 CERN számokban 2400 alkalmazott tudós jár dolgozni minden nap 608 egyetemről 113 nemzetből 5 Nobel-díj CERN-ben kutatóknak World Wide Web születési helye

4 Fő kérdések Miből épül fel az Univerzum? Hogyan működik az Univerzum? Az Univerzum története magfizika, részecskefizika, asztrofizika, kozmológia

5

6 Mi van a CERN-ben? válogatás a kísérletekből és gyorsítókból ISOLDE (On-Line Isotope Mass Separator) különböző rövid életű radioaktív izotópokat állítanak elő protonok ütköztetésével PS (Proton Synchrotron) 1959 óta gyorsít protonokat a Booster-ből illetve ionokat a LEAR-ből (Low Energy Ion Ring)

7 Mi van a CERN-ben? válogatás a kísérletekből és gyorsítókból ntof (neutron time-of-flight) adja a neutronforrást nukleáris asztrofizikai, reaktorfizikai és orvosi fizikai kutatásokhoz AD (Antiproton Decelerator) körüli kísérletek (ATHENA, ATRAP, ALPHA, ASACUSA) az antianyagot tanulmányozzák

8 Mi van a CERN-ben? válogatás a kísérletekből és gyorsítókból SPS (Super Proton Synchrotron): a 7 km kerületű gyorsító gyűrű, 1317 hagyományos (szobahőmérsékletű) elektromágnesből épül fel, és 1976 óta gyorsítja a protonokat és az ionokat WA98

9 Mi van a CERN-ben? válogatás a kísérletekből és gyorsítókból CNGS (CERN neutrinos to Gran Sasso) müon-neutrínók nyalábját küldik az olasz Gran Sasso alagútban lévő laboratóriumba OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) kísérlet a müon-neutrínók tauneutrínóvá oszcillálását vizsgálják

10 Nagy Hadron Ütköztető = LHC 27 km kerületű ~100 m mélyen 4 ütközési pont 7 TeV energiájú proton nyalábok ütköznek 2010 óta, idén 8 TeV TeV (tera-elektronvolt) = 1012 ev = 1, J ev = egy elektron ennyi energiát nyer, ha egy V feszültséggel felgyorsítjuk

11 Nagy Hadron Ütköztető = LHC Két nyalábcsőben egymással ellenkező irányban köröznek a nyalábok majdnem fénysebességgel 1232 db 15 m hosszú szupravezető dipól és 392 kvadrupól mágnes tartja körpályán és egyben a nyalábokat -271 C hőmérsékleten tartják a nyalábokat folyékony héliummal

12 LHC nagy kísérletek CMS LHCb ALICE ATLAS

13

14 A large Toroidal LHC ApparatuS Több, mint 3000 fős kollaboráció (172 intézményből, 37 országból) dolgozik a detektor építésén, működtetésén, fejlesztésén és az adatok feldolgozásán Célja még ismeretlen fizikai jelenségek felfedezése pl. Higgs bozon, extra dimenziók, sötét anyag Legnagyobb méretű részecskefizikai detektor a világon

15 A large Toroidal LHC ApparatuS

16

17 Compact Muon Solenoid >3000 fős kollaboráció Célja új fizikai jelenségek felfedezése Központi része a szupravezető szolenoid alakú elektromágnes 4 Tesla mágneses tér Legnehezebb detektor tonna a mágneses teret bezáró lágyvas miatt Felszínen rakták össze és 15 darabban eresztették le a 100 m mélyen lévő barlangba

18 CMS detektor részei Szilícium nyomkövető detektor töltött részecskék pályáját és impulzusát méri Elektromágneses kaloriméter az elektronok és fotonok elnyelésével méri az energiájukat Müon detektorok müonok azonosítása, pálya és impulzus mérése Hadronikus kaloriméter hadronok (neutronok, protonok, pionok, kaonok) energiáját méri

19 CMS detektor működése hagymahéj szerkezet

20

21 A Large Ion Collider Experiment Nehéz-ion kísérlet célja az ólom atommagok ütközése során létrejövő anyag vizsgálata forró kvark-gluon plazma ami az Ősrobbanás utáni pillanatokban lehetett az Univerzum állapota >1000 fős nemzetközi kollaboráció Különlegességei: a hatalmas időprojekciós kamra (TPC), mely az ütközésben keletkezett több, mint tízezer részecske pályáját méri, és az, hogy az L3 nevű LEP (Large Electron Positron collider) kísérlet mágnesébe építették.

22 A Large Ion Collider Experiment

23

24 Large Hadron Collider beauty ~700 fős kollaboráció Célja a b kvark tanulmányozása és ezzel az Univerzum anyag mivoltának megértése A keletkezett b kvarkok elbomlanak az ütközési ponttól néhány száz μm-re jó vertex detektor Nem veszi körbe az ütközési pontot, hanem az előre szóródott részecskékre specializálódott

25 LHCb DELPHI kísérlet barlangjában Mozgatható vertex detektor (VELO)

26 LHC kisebb kísérletek LHCf = Large Hadron Collider forward az ATLAS ütközési pontjától néhány száz méterre TOTEM = TOTal Elastic and diffractive cross section Measurement a CMS ütközési pont körül, 440 m hosszú

27 Miért építünk ekkora gyorsítókat és detektorokat? Betekintés a mai részecskefizikába

28 Építőköveink

29

30 Az erős kölcsönhatás Kvarkok és gluonok 6 féle kvark, 3 féle szín Csak színtelen részecskéket figyelhetünk meg, szabad kvarkot nem Gluonok tartják össze a kvarkokat hadronok Mezonok kvark-antikvark párból felépülő színtelen részecskék pl. π±,0 (pionok), K±,0 (kaonok), J/Ψ,... Barionok 3 db kvarkból épülnek fel pl. proton, neutron, Λ, Δ, Ω,...

31 Az elekromágneses kölcsönhatás Töltött részecskék (elektron, müon, proton, pion, stb.) között foton közvetítésével Végtelen hatótávolságú, de nagyságrendekkel gyengébb, mint az erős kölcsönhatás

32

33 Gyenge kölcsönhatás Ebben már a neutrínók is részt vesznek Közvetítői tömeges vektorbozonok (W± és Z) Hatótávolsága m Leggyengébb a 3 Standard modellbeli kölcsönhatás közül Radioaktív β-bomlásért felelős

34 Kivétel: a negyedik alapvető kölcsönhatás a gravitáció Nincs benne a Standard modellben A leggyengébb mind közül, nem játszik szerepet a kísérletekben

35 Nagyon precízen ismert elmélet A hiányzó elem a Higgs bozon...

36

37 Higgs részecske keresése Már csak 116 és 127 GeV/c2 között lehet

38 Nehéz-ion ütközések Ólom atommagok ütköznek majdnem fénysebességgel Új típusú anyag jön létre nagyon sűrű és nagyon forró az Univerzum kezdeti állapotát lehet vizsgálni

39 Univerzum anyaga Megválaszolatlan kérdések: Hova lett az antianyag? Mi az a sötét anyag? Mi az a sötét energia?

40 Az előadás elérhető itt: annazsigmond.web.elte.hu Köszönöm a figyelmet! Kérdések?