Magyarok a CMS-kísérletben

Átírás

1 Magyarok a CMS-kísérletben LHC-klubdélután, ELFT, ápr. 16. Horváth Dezső MTA KFKI Részecske és Magfizikai Kutatóintézet, Budapest és ATOMKI, Debrecen Horváth Dezső: Magyarok a CMS-kísérletben LHC-klubdélután, ELFT, ápr. 16. p.1/20

2 Magyarok a CMS-kísérletben Az előadás vázlata: Cél: A Természet alapvető szimmetriáinak ellenőrzése A Compact Muon Solenoid (CMS) kísérlet az LHC-nál Magyar hozzájárulás az észlelőrendszerhez Higgs-bozon keresése Szuperszimmetria keresése Résztvevő hazai intézmények: MTA KFKI RMKI, Budapest (20 fő) Debreceni Egyetem Kísérleti Fiz. Int. (9 fő) MTA ATOMKI, Debrecen (7 fő) Összesen: 36 magyar kutató Horváth Dezső: Magyarok a CMS-kísérletben LHC-klubdélután, ELFT, ápr. 16. p.2/20

3 A részecskefizika állatkertje Fermionok Bozonok Horváth Dezső: Magyarok a CMS-kísérletben LHC-klubdélután, ELFT, ápr. 16. p.3/20

4 Szimmetriák a részecskefizikában még fontosabbak, mint a kémiában vagy szilárdtestfizikában Az anyag elmélete szimmetriákon alapul: Globális szimmetria megmaradási törvény Lokális szimmetria kölcsönhatás Spontán szimmetriasértés (Higgs-mechanizmus) tömegek, kiszámíthatóság + Higgs-bozon Horváth Dezső: Magyarok a CMS-kísérletben LHC-klubdélután, ELFT, ápr. 16. p.4/20

5 De hol a Higgs-bozon? A fizika legkeresettebb részecskéje, mivel 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 a divergenciákat It was in that my life as a boson really began (Peter Higgs: Int. J. Mod. Phys. A 17 Suppl. (2002) ) Horváth Dezső: Magyarok a CMS-kísérletben LHC-klubdélután, ELFT, ápr. 16. p.5/20

6 A nagy hadron-ütköztető (LHC) Horváth Dezső: Magyarok a CMS-kísérletben LHC-klubdélután, ELFT, ápr. 16. p.6/20

7 Az LHC eltérítő-mágnesei 1232 db, egyenként 15 m hosszú, 35 tonnás Horváth Dezső: Magyarok a CMS-kísérletben LHC-klubdélután, ELFT, ápr. 16. p.7/20

8 Az LHC mágnesei összeszerelve Horváth Dezső: Magyarok a CMS-kísérletben LHC-klubdélután, ELFT, ápr. 16. p.8/20

9 Az LHC CMS detektora Horváth Dezső: Magyarok a CMS-kísérletben LHC-klubdélután, ELFT, ápr. 16. p.9/20

10 Az LHC CMS detektora (Compact Muon Solenoid) Súly: tonna, több vas, mint Eiffel toronyban > 2000 résztvevő a világ minden tájáról A világ legnagyobb (szupravezető) szolenoidja: belső átmérője 6 m, mágneses tere 4 Tesla Detektorépítésben magyar részvétel: Müondetektorok pozicionáló rendszere: DE Kisérleti Fizikai Int. és ATOMKI (Szillási Zoltán előadása) Előreszórt részecskék észlelése: (Hadron Forward calorimeter, HF) Készült USA-RU-TR-HU együttműködésben: RMKI, Budapest Az első leeresztett CMS-detektorrész: nov. 11. Adatkezelés: LHC Computing Grid (Hajdu Csaba előadása) Horváth Dezső: Magyarok a CMS-kísérletben LHC-klubdélután, ELFT, ápr. 16. p.10/20

11 Előreszórt részecskék észlelése A detektor hermeticitásához szükséges lefedni a teljes teret Ütközőnyalábok előre-hátra sokkal nagyobb aktivitás, mint oldalra Dugó-detektor követelményei: Csak a legnagyobb energiájú részecskékre legyen érzékeny Mintavétel átsuhanó részecskezáporokból Gyorsaság és kis holtidő észlelésben Nagy fékezőképesség: nehéz anyagok Óriási sugárterhelés: ne aktiválódjon vagy károsodjon Megoldás: Cserenkov-sugárzó kvarcszálak acéltömbben Horváth Dezső: Magyarok a CMS-kísérletben LHC-klubdélután, ELFT, ápr. 16. p.11/20

12 HF: kvarcszálak acélban Minden CERN-es magyar fűzte Szálkalibráció kész darabon Horváth Dezső: Magyarok a CMS-kísérletben LHC-klubdélután, ELFT, ápr. 16. p.12/20

13 CMS HF: kész a 36 elem Horváth Dezső: Magyarok a CMS-kísérletben LHC-klubdélután, ELFT, ápr. 16. p.13/20

14 HF tokozva, beépítve Elöl Hátul Horváth Dezső: Magyarok a CMS-kísérletben LHC-klubdélután, ELFT, ápr. 16. p.14/20

15 Konkrét fizikai célok Higgs-részecske keresése Szuperszimmetria keresése Hadronzáporok elemzése nehézionfizika Siklér Ferenc (RMKI) előadása Horváth Dezső: Magyarok a CMS-kísérletben LHC-klubdélután, ELFT, ápr. 16. p.15/20

16 Higgs keresés a CMS nél Proton-proton-ütközésből (uud + uud) sok hadron Kvarkok elsüvítenek egymás mellett vagy enyhén szóródnak LHC: regisztrált eseményben p-p kölcsönhatás Tiszta jel: nyalábra merőleges lepton vagy zápor, Legfontosabb jel: gyors müon kibocsátása Müondetektorok: fontos magyar szerep Különböző Higgs-tömeghez más kedvező reakció Nagyobb tömegű részecske bomlását könnyebb észlelni. Fizikai analízis: debreceni PhD-hallgató témája Horváth Dezső: Magyarok a CMS-kísérletben LHC-klubdélután, ELFT, ápr. 16. p.16/20

17 H ZZ eeqq a CMS nél Horváth Dezső: Magyarok a CMS-kísérletben LHC-klubdélután, ELFT, ápr. 16. p.17/20

18 A részecskefizika 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 Gravitáció: nem illik a másik három kölcsönhatás rendszerébe. Megoldás: szuperszimmetria, ha a fermionok és bozonok párban léteznének, azonos tulajdonságokkal (tömeg, töltés) A szuperszimmetria (SUSY) nyilvánvalóan sérül: nincsenek ilyen részecskék, vagy sokkal nagyobb tömeggel Higgs-tér létező szimmetriát sért SUSY nemlétezőt vezet be Cél: racionális, konzisztens elmélet Horváth Dezső: Magyarok a CMS-kísérletben LHC-klubdélután, ELFT, ápr. 16. p.18/20

19 Szuperszimmetria (SUSY) SUSY-részecskék párban keletkeznek, közönséges és más SUSY-részecskére bomlanak Sötét anyag: legkönnyebb SUSY-részecske Végállomás (jel): Fermionsorozat hiányzó energiával 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! Keresés előkészítése: Budapesti és debreceni PhD-hallgató Horváth Dezső: Magyarok a CMS-kísérletben LHC-klubdélután, ELFT, ápr. 16. p.19/20

20 Köszönetnyilvánítás Nemzeti Kutatási és Technológiai Hivatal OTKA T és T EU FP6 MC-ToK és III Megértő együttműködő partnereink Horváth Dezső: Magyarok a CMS-kísérletben LHC-klubdélután, ELFT, ápr. 16. p.20/20