Részecskegyorsítókkal az Ősrobbanás nyomában



Hasonló dokumentumok
CERN: a szubatomi részecskék kutatásának európai központja

forró nyomon az ősanyag nyomában Csörgő Tamás MTA KFKI RMKI

Bevezetés a részecskefizikába

Hadronok, atommagok, kvarkok

Megmérjük a láthatatlant

Axion sötét anyag. Katz Sándor. ELTE Elméleti Fizikai Tanszék

Nehézion ütközések az európai Szupergyorsítóban

Részecskefizikai gyorsítók

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

JÁTSSZUNK RÉSZECSKEFIZIKÁT!

Hogyan kerül a kvarkanyag

Részecskés Kártyajáték

TÖKéletes KVARKFOLYADÉK

NA61/SHINE: Az erősen kölcsönható anyag fázisdiagramja

Milyen eszközökkel figyelhetők meg a világ legkisebb alkotórészei?

A legkisebb részecskék a világ legnagyobb gyorsítójában

Z bozonok az LHC nehézion programjában

Csörgő Tamás MTA KFKI RMKI

RUBIK KOCKÁBAN A VILÁG

Egzakt hidrodinamikai megoldások alkalmazása a nehézionfizikai fenomenológiában néhány új eredmény

HOGYAN CSINÁLHATUNK HÁZILAG HIGGS BOZONT?

Kozmikus sugárzás a laborban...?

Részecskefizika kérdések

Bevezetés a nehézion-fizikába (Introduction to heavy ion physics)

Mikrofizika egy óriási gyorsítón: a Nagy Hadron-ütköztető

Bemutatkozik a CERN Fodor Zoltán

Az LHC kísérleteinek helyzete

Határtalan neutrínók

A CERN bemutatása. Horváth Dezső MTA KFKI RMKI és ATOMKI Hungarian Teachers Programme, 2011

Bevezetés a részecske fizikába

NAGY Elemér Centre de Physique des Particules de Marseille

Bevezetés a nehéz-ion fizikába

KVARKOK HÁBORÚJA - A RÉSZECSKÉK MÁR A RUBIK KOCKÁN VANNAK

A testek részecskéinek szerkezete

Magyarok a CMS-kísérletben

A nagy hadron-ütköztető (LHC) és kísérletei

A tau lepton felfedezése

Európai Nukleáris Kutatási Szervezet Európai Részecskefizikai Laboratórium. 58 év a részecskefizikai kutatásban

ATOMMAGBAN A VILÁGEGYETEM A KVANTUMMECHANIKA FILOZÓFIÁJA, KÉZZEL FOGHATÓAN

A nagyenergiás magfizika kísérleti módszerei

Indul az LHC: a kísérletek

egyetemi állások a relativitáselmélet általánosítása (1915) napfogyatkozás (1919) az Einstein-mítosz (1920-tól) emigráció 1935: Einstein-Podolsky-

A részecskefizika kísérleti eszközei

Lökös Sándor Kísérleti részecskefizika szeminárium 2013.

ALICE: az Univerzum ősanyaga földi laboratóriumban. CERN20, MTA Budapest, október 3.

A kvarkanyag nyomában nagyenergiás nehézion-fizikai kutatások a PHENIX kísérletben

FIZIKAI NOBEL-DÍJ, Az atomoktól a csillagokig dgy Fizikai Nobel-díj 2013 a Higgs-mezôért 10

A sötét anyag nyomában. Krasznahorkay Attila MTA Atomki, Debrecen

Pósfay Péter. ELTE, Wigner FK Témavezetők: Jakovác Antal, Barnaföldi Gergely G.

Gyorsítók. Veszprémi Viktor ATOMKI, Debrecen. Supported by NKTH and OTKA (H07-C 74281) augusztus 17 Hungarian Teacher Program, CERN 1

A v n harmonikusok nehézion-ütközésekben

Az LHC és kísérletei - a Fekete Lyukas Rubik Kockán Csörgő T. MTA Wigner FK, Budapest és KRF, Gyöngyös. 9. BerzeTÖK tábor Visznek, 2016 július 7

Magfizika tesztek. 1. Melyik részecske nem tartozik a nukleonok közé? a) elektron b) proton c) neutron d) egyik sem

Bevezetés a modern fizika fejezeteibe. 4. (e) Kvantummechanika. Utolsó módosítás: december 3. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

A RÉSZECSKEFIZIKA ANYAGELMÉLETE: A STANDARD MODELL

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

ATOMMAGBAN A VILÁGEGYETEM

A részecskefizika eszköztára: felfedezések és detektorok

ATOMMODELLEK, SZÍNKÉP, KVANTUMSZÁMOK. Kalocsai Angéla, Kozma Enikő

Bevezetés a részecskefizikába

Bemutatkozik a CERN. Fodor Zoltán HTP2015, Fodor Zoltán: Bemutatkozik a CERN

Csillagászat. A csillagok születése, fejlődése. A világegyetem kialakulása 12/C. -Mészáros Erik -Polányi Kristóf

A világegyetem elképzelt kialakulása.

Részecskefizika és az LHC: Válasz a kérdésekre

Európai Nukleáris Kutatási Szervezet Európai Részecskefizikai Laboratórium. 62 év a részecskefizikai kutatásban

Elemi részecskék, kölcsönhatások. Atommag és részecskefizika 4. előadás március 2.

Miből áll a világunk? Honnan származik? Miért olyan, mint amilyennek látjuk?

Kísérleti és elméleti TDK a nagyenergiás magfizikai területein

A Standard Modellen túl. Cynolter Gábor

Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

Az LHC első éve és eredményei

Theory hungarian (Hungary)

ALICE : A Nagy Ion Ütköztető Kísérlet

A CERN NA61 kísérlet kisimpulzusú részecskedetektorának építése és fizikai analízise

Radioaktivitás. 9.2 fejezet

Egzotikus részecskefizika

Vélemény Siklér Ferenc tudományos doktori disszertációjáról

Bevezetés a részecskefizikába

Modern fizika vegyes tesztek

Legújabb eredmények a részecskefizikában. I. rész

A NAGYENERGIÁS FIZIKA SZELLEMI DIMENZIÓI

Részecske- és magfizika vizsgakérdések

Bírálat. Veres Gábor: Az erős kölcsönhatás kísérleti vizsgálata elemi részecskék és nehéz atommagok ütközéseinek összehasonlításával

Óriási gyorsítók és pirinyó részecskék: az LHC első két éve

A tudatlanság néha áldás avagy mekkora a laborban létrehozott ősrobbanás

Repetitio est mater studiorum

CERN-i látogatás. A mágnesgyár az a hely,ahol a mágneseket tesztelik és nem igazán gyártják őket. Itt magyarázták el nekünk a gyorsító alkotórészeit.

A TÁRSULATI ÉLET HÍREI

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

Részecskegyorsítók. Barna Dániel. University of Tokyo Wigner Fizikai Kutatóközpont

Bevezetés a részecskefizikába

Siker vagy kudarc? Helyzetkép az LHC-ról

Fizikaverseny, Döntő, Elméleti forduló február 8.

Gyorsítók. Veszprémi Viktor Wigner Fizikai Kutatóközpont OTKA NK augusztus 12. Hungarian Teacher Program, CERN 1

Doktori értekezés tézisei

Radiokémia vegyész MSc radiokémia szakirány Kónya József, M. Nagy Noémi: Izotópia I és II. Debreceni Egyetemi Kiadó, 2007, 2008.

Szuperszimmetrikus részecskék

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

KÖSZÖNTJÜK HALLGATÓINKAT!

Bevezetés a részecskefizikába

Átírás:

Csanád Máté Részecskegyorsítókkal az Ősrobbanás nyomában Zrínyi Ilona Gimnázium Nyíregyháza, 2010. december 10. www.meetthescientist.hu 1 26

Az anyag szerkezete Atomok proton, neutrok, elektronok Elektron elemi részecske Proton, neutron nem elemi kvarkok Kvarkokat nem látunk szabadon! Ki lehet szabadítani őket a protonból? www.meetthescientist.hu 2 26

Kölcsönhatások és közvetítőik Elektromos és mágneses: foton Közvetítő: foton Molekulák, fény Telefon, számítógép, Gyenge kölcsönhatás Közvetítő: W, Z bozon Radioaktivitás Erős kölcsönhatás: gluon Atommagokat összetartó erő Nap működtetője Gravitáció Alapvető különbség Téridő görbülete www.meetthescientist.hu 3 26

A részecskék Standard Modellje Három kölcsönhatás: elektromágneses + még kettő Közvetítő bozonok szerepe fermionok kölcsönhatás bozonok Higgs kvarkok leptonok u up d down e electron ν e electron neutrino c charm s strange µ muon ν µ muon neutrino t top b bottom τ tau ν τ tau neutrino erős elektro-mágneses gyenge g gluon γ foton Z Z bozon W W bozon H Higgs bozon Erős kölcsönhatás: a kvarkoknak színe van www.meetthescientist.hu 4 26

A kvarkbezárás Szabad kvarkok nem léteznek Összetett részecskék u vagy 2: mezon, 3: barion Mindegyik szín-semleges Távolodás: energia Újabb kvarkok! Újra bezáródnak Ellentéte: aszimptotikus szabadság Óriási hőmérsékleten maguktól kiszabadulnak d u d u www.meetthescientist.hu 5 26

Az Ősrobbanás története Ősrobbanás: 0 másodperc Jelen: 14 mrd év Nem mindig voltak Galaxisok Csillagok Atomok Atommagok Proton, neutron Meddig tudunk visszamenni? www.meetthescientist.hu 6 26

Az anyag fázisai Fázisdiagram: állapotjelzők fázisok Víz: három fázis Maganyag 0 C 600 C Víz 0,6 kpa 22 MPa 2 billió Kelvin Maganyag is hasonló fázisokkal rendelkezik Elméleti számítások: T c 2 10 12 K felett kvarkanyag! www.meetthescientist.hu 7 26

Nehézion-ütközések: Kis Bumm Nukleon-olvasztás Kvarkok bezárása, kiszabadítása Hasonlat: jégből víz vagy gőz Szárazjég? Vízjég? Nagy energiájú ütközéssel mindez elérhető (?) 10-22 másodpercre létrejöhet az ősi anyag Várakozás: gáz vagy folyadék? www.meetthescientist.hu 8 26

Egy szimulált atommag-ütközés Ütközés után: részecskék keletkezése Részecskék szétrepülnek, őket kell észlelnünk www.meetthescientist.hu 9 26

Egy Au+Au ütközés a STAR-ban www.meetthescientist.hu 10 26

Egy Pb+Pb ütközés a CMS-ben A kirepülő részecskék nyomot hagynak a detektorokban www.meetthescientist.hu 11 26

Kutatási helyszínek: CERN SPS (Super Proton Syncrotron) Magyar részvétel több kísérletben, sokféle kísérlet LHC (Large Hadron Collider) Ólom-ólom (2010. november) és p+p (2009. október óta) www.meetthescientist.hu 12 26

Kutatási helyszínek: BNL RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) 2000 óta arany-arany és p+p ütközések, sok más is 4 kísérleti együttműködés, egyben magyarok is Sok felfedezés www.meetthescientist.hu 13 26

Légifotó a RHIC-ről www.meetthescientist.hu 14 26

A RHIC gyorsító-együttes Sok előgyorsító AGS: Nobel-díjak Elektronok leválasztása folyamatosan történik Ionok a RHIC gyűrűbe Két gyűrű valójában Metszéspontok: kísérletek www.meetthescientist.hu 15 26

www.meetthescientist.hu 16 26

RHIC geometria és számok Két 3.9 km-es gyűrű Hat metszéspont, négy kísérlet ~100 atommagcsomag, 99.995% fénysebesség 1740 db szupravezető mágnes, 4 K hőmérséklet 15 MW fogyasztás: ~100.000 háztartás 20 év alatt egy milliomod gramm arany www.meetthescientist.hu 17 26

A PHENIX detektorrendszer www.meetthescientist.hu 18 26

A PHENIX 3D rajza Ütközések a középpontban Sokféle detektor Hagymahéj szerkezet Többemeletes családi ház mérete www.meetthescientist.hu 19 26

Mi a kísérletek célja? Ősrobbanás indirekt vizsgálata Mag-anyag megolvasztása Kvark-anyag létrehozása Tulajdonságainak vizsgálata Az erős kölcsönhatás megismerése ~1930: erős kölcsönhatás felfedezése ~1970: erős kölcsönhatás magyarázata ~1990: óriás részecskegyorsítók Hasonlat: elektromosság felfedezése 1750-90 Elektromosság 1830-70 Elméleti leírás 1876 Telefon ~1900 Televízió, számítógép ~1970 Mobiltelefon, Internet www.meetthescientist.hu 20 26

Mag-modifikációs faktor Proton+proton Egyszerűen több? sok p+p = mag+mag Arany+arany Keletkező részecskék száma 1= Keletkező részecskék száma Elemi ütközések száma R Au+Au = RészecskeszámAu+Au 1 Részecskeszám N p+p p+p ütközések Au+Au www.meetthescientist.hu 21 26

Nem minden ütközés azonos! Periférikus Centrális www.meetthescientist.hu 22 26

Erős részecske-elnyelés Periférikus (>80%) Au+Au és d+au: nincs elnyelődés Centrális (<10%) Au+Au: nagy elnyelődés! Phys.Rev.C76:034904,2007 www.meetthescientist.hu 23 26

Részecskeelnyelődés Mag-modifikációs faktor Au+Au Mérés Au+Au, referencia: p+p Részecskék elnyelődnek Nagyenergiás részecskék is! Jet Quenching Ellenpróba: d+au Közeg hatása Nagy felfedezés R Au+Au = RészecskeszámAu+Au 1 Részecskeszám N d+au p+p p+p ütközések Au+Au www.meetthescientist.hu 24 26

A tökéletes folyadék Folyékonyság mérőszáma: viszkozitás Szuperfolyékony anyagok léteznek Vizsgált anyag viszkozitása szinte nulla! www.meetthescientist.hu 25 26

Kvarkok indirekt jelei Elliptikus folyásnak nevezett mennyiség: v 2 Eloszlás aszimmetriáját méri Aszimmetria oka: a robbanás eltérő erőssége A mozgási energia (KE) függvényében mérjük Az aszimmetria részecsktípusokra: kvarktartalomtól függ! Skálázás a kvarkszámmal www.meetthescientist.hu 26 26

A hőmérséklet mérése Összetett részecskék keletkezése: kvarkanyag megszűnése után Fotonok folyamatosan keletkeznek Hírt adnak az anyag hőmérsékletéről Hőkamerához hasonló elv fotonok összetett részecskék Tágulás kezdete Kifagyás www.meetthescientist.hu 27 26

Hol járunk? Az anyag nagyon erősen elnyelő 10-15 méteren elnyeli a részecskéket Hagyományos anyag: mm vagy cm skála Az anyag tökéletes folyadék Viszkozitása kisebb, mint eddig bárminek Az anyag forróbb, mint eddig bármi A kvarkok kiolvadnak börtönükből! Összegzés: A TÖKÉLETES KVARKFOLYADÉK! sqgp www.meetthescientist.hu 28 26

Sajtóhírek MTV Híradó: Magyar kutatók az ősrobbanás utáni állapotot vizsgáló kísérletekben MTA: Megmérték a legforróbb anyag hőmérsékletét Origo.hu: Létrehozzák az Univerzum ősanyagát Index.hu: A legnagyobb hőség a Nagy Bumm óta New York Times, USA Today, Discovery, Gizmodo, The Telegraph, www.meetthescientist.hu 29 26

Összegzés? www.meetthescientist.hu 30 26?

Köszönöm a figyelmet! www.meetthescientist.hu 31 26

A Higgs keresése Nagyenergiás ütközések Gyors proton szétesik gluonokra és kvarkokra Ezek hadronokká és bozonokká alakulnak Létrejöhet a Higgs Az ilyen ritka eseményeket kell megtalálni! www.meetthescientist.hu 32 26

Új természeti törvények felfedezéséről Általában az alábbi módon keressük az új természeti törvényeket. Első lépésben felteszünk egy elméletet. Aztán megvizsgáljuk a feltételezésünk következményeit, hogy lássuk, mit jelentene, ha az elméletünk igaz lenne. Majd a számítások eredményeit összehasonlítjuk a Természettel, közvetlenül a megfigyelésekkel, kísérlet vagy tapasztalat által, hogy lássuk, működik-e. Ha ellentmond a kísérleteknek, akkor hibás az elméletünk. Ebben az egyszerű állításban van a tudomány kulcsa. Nem számít, milyen szép az elméletünk, nem számít, milyen okosak vagyunk, hogy ki találta ki az elméletet, hogy őt hogy hívják ha ellentmond a kísérleteknek, akkor hibás. /R.P. Feynman/ www.meetthescientist.hu 33 26

Az elemi részek száma Ókor: négy elem 4 1869: periódusos rendszer ~100 1930: proton, neutron, elektron 3 1930-1960: hadronok ~100 1975: standard modell 4 ~2000: elemi részek sok altípusa ~100 Még elemibb részecskék??? www.meetthescientist.hu 34 26

Rengeteg nyitott kérdés Az Univerzum gyorsuló tágulása Sötét energia? Az antianyag hiánya Honnan az aszimmetria? A galaxisok forgása: sötét anyag? Mi alkotja ezt az anyagot? A tömeg eredete, a Higgs részecske Miért annyi a részecskék tömege, amennyi? Létezik-e kvarkanyag? Mi alkotta az ősi Univerzumot? www.meetthescientist.hu 35 26

Mihez kell ehhez érteni? Elég egy szakterület: Gépek (gépészet, villamosság, elektronika) Szoftver (programozás, rendszertervezés) Fizika (részecskefizika, magfizika, ) Milyen területek vannak még? Biofizika: az élőlények életfolyamatai (látás, mozgás) Anyagok fizikája: nanoszerkezetek, újfajta anyagok Komplex rendszerek: hálózatok, gazdasági folyamatok Hol dolgoznak még fizikusok? Ahol gyors felfogás kell Bankok, biztosítók, informatikai cégek Ross Brawn, Brian May, Angela Merkel www.meetthescientist.hu 36 26

Egy PHENIX esemény www.meetthescientist.hu 37 26