Az LHC első éve és eredményei

Átírás

1 Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 1/40 Az LHC első éve és eredményei HTP-2010 utóest, Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. Horváth Dezső MTA KFKI Részecske és Magfizikai Kutatóintézet, Budapest és MTA Atommagkutató Intézet, Debrecen

2 Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 2/40 Vázlat A CERN és gyorsítói A nagy hadron-ütköztető (Large Hadron Collider, LHC) Az LHC kísérletei: CMS, ALICE, TOTEM, ATLAS szeptember: átütő siker és katasztrófa 2009 vége: diadalmas újraindulás Az első év eredményei Simon Tamás:

3 Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 3/40 LHC = időgép?? Kezdet: ősrobbanás 13.7 milliárd éve Hogyan mehetünk vissza időben, az Ősrobbanás közelébe? Földi távcső: 4 milliárd év a Nagy Bumm után (Európai Déli Obszervatórium, Chile, Very Large Telescope) Űrtávcső: pár százmillió év a Nagy Bumm után (Hubble teleszkóp) Mikrohullámú kozmikus háttérsugárzás: Párszázezer év (amikor az Univerzum átlátszó lett). Nagyenergiájú részecskeütközés: Milliomod másodperc (mielőtt az atomok kialakultak volna) Ükanyánkkal nem találkozunk...

4 Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 4/40 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

5 Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 5/40 A részecskefizika állatkertje A Standard modell elemi részecskéi A Higgs-bozon kivételével mind megfigyelve

6 Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 6/40 Hol van 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 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)

7 Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 7/40 A Standard Modell elméleti problémái Hol a Higgs-bozon? Természetesség: A Higgs-bozon tömege divergál, fermion-bozon szimmetria eltüntetné. Aszimmetriák: jobb bal világ antivilág: mitől? Mi a sötét anyag? Az Univerzum gravitáló tömege: közönséges anyag (csillag, gáz, por, sugárzás, ν): 4%, láthatatlan sötét anyag: 23%, rejtélyes sötét energia: 73%

8 Rengetegféle modell van Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 8/40

9 Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 9/40 A CERN: világlaboratórium 2010: 2800 alkalmazott, kutató

10 Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 10/40 A CERN gyorsítói ma

11 A CERN és környéke Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 11/40

12 Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 12/40 Az LHC eltérítő-mágnesei 1232 szupravezető mágnes (beszerelés előtt) (L = 15 m, M = 35 t, T = 1.9 K, B = 8.3 T)

13 Az LHC mágneseit szerelik Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 13/40

14 Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 14/40 Az LHC CMS detektora Compact Muon Solenoid: tonnás digitális kamera 100 M pixel, 40 M kép/mp, 1000 GB/mp adat Tárolás: 100 kép/mp adatszűrés!!

15 Beillesztik a CMS mágnesét Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 15/40

16 LICE: A Large Ion Collider Experiment Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 16/40

17 Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 17/40 A TOTEM-kísérlet (a CMS két oldalán) Kisszögű protonszórás a nyalábvezetékben és mellette

18 ATLAS: A Toroidal Lhc ApparatuS Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 18/40

19 Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 19/40 Előkészületek az LHC indításához Tervezés kezdete: 1984 (5 évvel a LEP indulása előtt!) Új detektorüregek kiásása 1998-tól LEP-alagút megemelkedik működés közben mágnesek pozíciójának folyamatos kompenzálása LEP leállítása (óriási ellenállás): 2000 vége. LEP-gyorsító és detektorok eltávolítása: mágnes ellenőrzése (javítása!), levitele, összehegesztése: Mágnesek lehűtése 1,9 K-re (hidegebb, mint a világűr!): 2008 jan-aug Protoncsomag belövése, körbevitele: szept.

20 Az LHC vezérlőterme, Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 20/40

21 Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 21/40 Az LHC indulása 2008 szept. 19: A mágnesek áramának fokozatos növelése 9000 A-re. A 8 szektorból 7 sikeresen felmegy. A 8.-nál kiengedett egy csatlakozó két mágnes között. Sokezer volt, átütés, lyuk a hűtőrendszer csövén, 6 tonna szuperfolyékony hélium lökésszerűen kifújt, kilökve a helyéről több 35-tonnás mágnest. 53 egységet (39 terelőmágnest és 14 több kisebb mágnest tartalmazó dobozt) javítás céljából a felszínre kellett hozni: csak a felmelegítés hónapokig tartott. Pótlás a tartalékokból, a rosszakat javítják. Ellenőrzés (ellenállás és hőmérséklet mérése) és védelem (vészszelepek) telepítve, nehogy megismétlődjék. Újraindítás: 2009 nov., gyorsítás 2 3, 5 TeV-re: 2010 március

22 Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 22/40 Az LHC első időszaka: Járassuk be a gyorsítót: energia, intenzitás, stabilitás 2. Értsük meg a detektort: működés, trigger, kalibráció 3. Mennyire hiteles a szimulációnk? Leírja az ismert folyamatokat és a detektort? Egyezik a mért adatokkal? 4. Látunk eltérést (többletet) valamilyen eloszlásban a háttérszimulációhoz képest? Új fizika vagy hibás háttérbecslés? 5. Működés osztozik a gyorsítófejlesztés és a kísérletezés között nov. 4: Pb-ionok keringenek és gyorsulnak, ütközések vasárnap. (Nov. 7: forradalom a nehézionfizikában!)

23 Az LHC működése: csomag Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 23/40

24 312 csomag: 295, 16, 295, 295 ütközés Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 24/40

25 2010. nov. 5: Pb-nyalábok 3,5 TeV-en! Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 25/40

26 Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 26/40 Adatgyűjtés: A CMS által kapott és regisztrált adatmennyiség 7 TeV-nél lineáris skálán logaritmikus skálán Vízszintes szakaszok: gyorsítófejlesztés 8 nagyságrendnyi növekedés 8 hónap alatt! Még előttünk: 1000* intenzitás, 2*energia (2013?)

27 Többkvarkos CMS-esemény 7 TeV-nél Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 27/40

28 MS-esemény: müon + hiányzó impulzus Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 28/40

29 CMS-esemény: 2 müon Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 29/40

30 Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 30/40 CMS-esemény: ZZ µ + µ µ + µ M(ZZ)= 200 GeV

31 Sokhadronos ATLAS-esemény 7 TeV-nél Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 31/40

32 Sokhadronos ALICE-esemény 7 TeV-nél Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 32/40

33 CMS-esemény: QCD-reakció Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 33/40

34 CMS-esemény: 4 hadronzápor Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 34/40

35 Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 35/40 Első 7-TeV-es cikk: CMS, QCD Tartalom: 5 oldal, szerzők: 8 oldal Jelentős magyar részvétel: Siklér Ferenc, Veres Gábor és Krajczár Krisztián (RMKI és ELTE)

36 Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 36/40 Szögkorreláció mérése a CMS-nél Párkorreláció (kölcsönhatás) ellenőrzése: szögkülönbség esemény minden két részecskéje között Nagyobb multiplicitás gyengébb korreláció??

37 Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 37/40 Új fizikai felfedezés a CMS-nél Bármely multiplicitás Nagy multiplicitás (N > 110) p T > 0.1 GeV/c 1 < p T < 3 GeV/c

38 Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 38/40 Új fizikai felfedezés a CMS-nél Nagy energia és sok részecske hegyvonulat 2-részecskés szögkorrelációban Kis energia, kevés részecske: csúcsok 0-nál, elmélet OK Sokrészecskés reakcióban tetsz. η mellett max. Φ kölcsönhatás kezdeti állapotban, mintha nehézion-ütközés történt volna (RHIC-nél Cu Cu ütközésben láttak ilyet) Jelentős magyar részvétel: Veres Gábor (ELTE)

39 Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 39/40 Köszönöm a figyelmet!

40 Horváth Dezső: Az LHC első éve és eredményei Eötvös József Gimnázium, 2010 nov. 6. p. 40/40 Köszönetnyilvánítás Nemzeti Kutatási és Technológiai Hivatal OTKA NK67974, K72172 és NK81887 Magyar és Osztrák Tudományos Akadémia TéT JAP-21/2006 és Tokiói Egyetem Megértő együttműködő partnereink