Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó?

Átírás

1 Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 1/36 Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz Emlékverseny, Nagyvárad, Horváth Dezső horvath@rmki.kfki.hu MTA KFKI Részecske és Magfizikai Kutatóintézet, Budapest és MTA Atommagkutató Intézet, Debrecen

2 Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 2/36 Vázlat Részecskék és kölcsönhatások A CERN és gyorsítói A nagy hadron-ütköztető (Large Hadron Collider, LHC) A Compact Muon Solenoid (CMS) kísérlet szeptember 10: átütő siker szeptember 19: katasztrófa Hogyan tovább? A részecskefizika haszna

3 Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 3/36 LHC = időgép?? Kezdet: ősrobbanás 14.5 milliárd éve Hogyan mehetünk vissza időben, az Ősrobbanás közelébe? Távcső: 4 milliárd év a Nagy Bumm után (Európai Déli Obszervatórium, Chile, Very Large Telescope) 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: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 4/36 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 A Standard Modell állatkertje Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 5/36

6 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] ± August Állapot 2009 nyarán valamennyi kísérlet sokszáz eredményéből Mért számolt /szórás Enyhén eltérő adat évről évre változik (egy időre így marad) Most éppen a e + e Z b b előre-hátra aszimmetriája LEP elektrogyenge munkacsoport: Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 6/36

7 Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 7/36 De hol van a Higgs-bozon? A spontán szimmetriasértés mellékterméke 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)

8 Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 8/36 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 eltüntetné. 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

9 Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 9/36 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!

10 Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 10/36 A CERN gyorsítói ma

11 A CERN és környéke Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 11/36

12 Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 12/36 Az LHC eltérítő-mágnesei 1232 szupravezető mágnes (beszerelés előtt) (L = 15 m, M = 35 t, T = 1.9 K, B = 8.3 T)

13 Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 13/36 z LHC eltérítő-mágnese: keresztmetszet a CERN Mikrokozmosz kiállításán

14 Az LHC mágneseit szerelik Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 14/36

15 Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 15/36 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 szűrés!!

16 Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 16/36 Az LHC CMS detektora (Compact Muon Solenoid) Súly: tonna, kétszer annyi vas, mint Eiffel toronyban > 2500 résztvevő a világ 35 országából 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 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 RMKI: BUDAPEST LCG-állomás

17 Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 17/36 Románia az LHC-nál Románia részt vesz az ATLAS, ALICE és LHCb kísérletekben és a WLCG hálózatban Tier-2 állomással 70 romániai fizikus és mérnök dolgozik CERN-projekteken ATLAS-hoz TILECAL kaloriméter: építés, nyalábtesztek, szimuláció, fizika Fortpres Co., Kolozsvár Fő intézet: Horia Hulubei National Institute of Physics and Nuclear Engineering

18 Munka 160 müonkamrán Béni Noémi és Szillási Zoltán (Debrecen) Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 18/36

19 Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 19/36 HF: kvarcszálak acélban (RMKI) Minden CERN-es magyar fűzte Szálkalibráció kész darabon

20 Beillesztik a CMS mágnesét Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 20/36

21 A CMS belső része Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 21/36

22 A CMS lezáró sapkája Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 22/36

23 LICE: A Large Ion Collider Experiment Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 23/36

24 ATLAS: mágnesek Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 24/36

25 Worldwide LHC Computing Grid A CMS-kísérlet fő WLCG-állomásai Magyar Tier-2: RMKI, ELTE, BME RMKI: 426 CPU és 144 TB tároló a CMS és ALICE VO számára) Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 25/36

26 Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 26/36 CMS, H γγ: m H < 140 GeV Jól azonosítható, igen kicsi valószínűségű ( ) Könnyű Higgs-bozonra ez a leghatékonyabb CMS elektromágneses kaloriméterét erre tervezték

27 Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 27/36 A CMS elektromágneses kalorimétere PbWO 4 szcintillátor-hasáb

28 Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 28/36 LHC: a Jó, a Rossz és a Csúf Jó Hatalmas felfedezési potenciál: nagy energia, sokféle ütközés (acélgolyó túrógombóc), óriási nyalábintenzitás. Rossz Az érdekesebb dolgok előfordulási gyakorisága nagyon kicsi ( ) Csúf Az érdekes folyamat mellett eseményenként még p-p ütközés, hatalmas kombinatorikus háttér.

29 Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 29/36 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.

30 Az LHC vezérlőterme, Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 30/36

31 Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 31/36 elkészülés a gyorsító-üzemmódra: a hiba A dipólmágnesek áramának fokozatos növelése (kb A-re) szektoronként történt. A 8 szektorból 7 áramát sikeresen felhozták Szept. 19: A 8.-nál kiengedett egy csatlakozó két mágnes között. Sokezer volt, ív, 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: a felmelegítés nagyon lassú, hónapokig tartott. A tartalékokból pótolták öket, de a cserére is jó néhány hónap kellett. Pótlólagos ellenőrzés beépítése, nehogy megismétlődjék.

32 LHC-mágnes a baleset után Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 32/36

33 Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 33/36 Már hideg az LHC! Indulás: napokon belül, gyorsítás: decemberben (7 TeV)

34 Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 34/36 Részecskefizikai módszerek haszna Világháló: CERN, 1989 nagyvilág: 1994 Müonspin-rezonancia módszere (kémia, szilárdtestfizika) Pozitronemissziós tomográfia az orvosi diagnosztikában Részecskefizika: 120 gyorsító, gyógyászat: 7000, anyagtudomány: 7000 (2004-es adatok) Grid-hálózatok a számítástechnikában Az órási méretek miatt komoly technikai fejlesztéseket indukál: egyforma műszerre tender! Élenjáró programozástechnikai gyakorlat: bankok előszeretettel alkalmaznak HEP-PhD-t szerzett fizikusokat (rossz nyelvek szerint ennek köszönhető a jelenlegi világválság)

35 Köszönöm a figyelmet! Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 35/36

36 Horváth Dezső: Indul a CERN óriási gyorsítója: mi az és mire jó? Schwartz 2009, Nagyvárad, p. 36/36 Köszönetnyilvánítás Nemzeti Kutatási és Technológiai Hivatal OTKA NK67974, 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