Az LHC és a Higgs-bozon

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 1. dia p. 1/69 Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium fizikus szakszemináriuma 2008. nov. 5. Horváth Dezső MTA KFKI Részecske és Magfizikai Kutatóintézet, Budapest és ATOMKI, Debrecen

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 2. dia p. 2/69 Az LHC és a Higgs-bozon A Standard modell Higgs-bozonja A Higgs-bozon lehetséges keletkezése és bomlása Higgs-keresés a nagy elektron-pozitron ütköztetőnél Higgs-keresés a nagy hadronütköztetőnél (LHC) Két Higgs-dublett Töltött és semleges Higgs-bozonok keresése A Nagy hadron-ütköztető (LHC) és kísérletei Fekete lyukak? 2008. szept.: siker és baleset origo.hu: sok jó LHC-cikk (Simon Tamás, Jéki László, Jónás Katalin)

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 3. dia p. 3/69 Szimmetriák a részecskefizikában fontosabbak, mint kémiában vagy szilárdtestfizikában Noether tétel: Globális szimmetria megmaradási törvény Eltolás térben impulzus Eltolás időben energia Forgatás impulzusmomentum Elektromágneses mérték- töltés Mértékelmélet: Lokális szimmetria kölcsönhatás Lokális szimmetria: pontról pontra, meghatározott módon módosuló Spontán szimmetriasértés (Higgs-mechanizmus) tömegek, kiszámíthatóság

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 4. dia p. 4/69 Spontán szimmetriasértés tömeg Szabad fermion Higgsbozon David J. Miller és CERN: http://www.hep.ucl.ac.uk/ djm/higgsa.html

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 5. dia p. 5/69 A SM Higgs bozonja A Standard modell Higgs mechanizmusa: Vákuum + komplex dublett tér + 4 szab. fok 3 tömeg (W ±, Z) + H V min at φ = v 246 GeV = vákuum-beli várható érték Spin nélküli, semleges, nehéz részecske ( 0 v ) Renormálás skalár részecskéje, kvantumszámok nélkül Létezik? SM: muszáj! V V 0 0 v +v φ φ

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 6. dia p. 6/69 A SM Higgs bozonja A SM megadja a keletkezési és bomlási valószínűségeit. Minden tömegfüggő, pl. fermion párra bomlásé Γ(H ff) = N cg 2 m 2 f β 3 m 32πm 2 H W N c színek száma (leptonok: 1; kvarkok: 3) g 2 0.425 csatolási állandó β 2 = 1 4 m2 f fermion sebesség (c = 1). m 2 H Legnehezebb részecskék előnyben Tömeget a SM nem jósol, csak limitál: 30 GeV < m H < 500 GeV (unitaritás!) Ha a SM perturbatív E GUT = 10 16 GeV-ig: 130 GeV < m H < 190 GeV (GUT: Grand Unification Theory)

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 7. dia p. 7/69 Amit mérünk: hatáskeresztmetszet Bombázó részecskenyaláb Céltárgy részecskéje σ = W/Φ átmeneti valószínűség/fluxus Egysége: 1 barn = 10 28 m 2 (1 pb = 10 40 m 2 ) Fluxus = részecskék sürüsége sebessége nyalábban: Φ = n b v b = részecskeszám/felület/sec

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 8. dia p. 8/69 Rezonancia τ = Γ 1 élettartam exp. bomlás ψ(t) 2 = ψ(0) 2 e Γt ψ(t) e ip x síkhullám idő-része e imt e Γt/2 Energiaamplitudó = Fourier (idő-ampl.) χ(e) = 0 ψ(t)eiet dt = 0 ei(e M)t e Γt/2 dt = 1 i(e M) Γ/2 Valószínűség: χ(e) 2 = 1 (E M) 2 +Γ 2 /4 Breit-Wigner-formula M Γ rezonancia helye szélessége Új részecske felfedezése: Lorentz-görbe rezonancia a tömegnek megfelelő ütközési energiánál

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 9. dia p. 9/69 A Standard modell diadalútja Measurement Fit O meas O fit /σ meas 0 1 2 3 α (5) had (m Z ) 0.02758 ± 0.00035 0.02767 m Z [GeV] 91.1875 ± 0.0021 91.1875 Γ Z [GeV] 2.4952 ± 0.0023 2.4958 σ 0 had [nb] 41.540 ± 0.037 41.478 R l 20.767 ± 0.025 20.743 A 0,l fb 0.01714 ± 0.00095 0.01644 A l (P τ ) 0.1465 ± 0.0032 0.1481 R b 0.21629 ± 0.00066 0.21582 R c 0.1721 ± 0.0030 0.1722 A 0,b fb 0.0992 ± 0.0016 0.1038 A 0,c fb 0.0707 ± 0.0035 0.0742 A b 0.923 ± 0.020 0.935 A c 0.670 ± 0.027 0.668 A l (SLD) 0.1513 ± 0.0021 0.1481 sin 2 θ lept eff (Q fb ) 0.2324 ± 0.0012 0.2314 m W [GeV] 80.399 ± 0.025 80.376 Γ W [GeV] 2.098 ± 0.048 2.092 m t [GeV] 172.4 ± 1.2 172.5 July 2008 0 1 2 3 Állapot 2008 nyarán Valamennyi kísérlet sokszáz eredményéből Mért számolt /szórás Enyhén eltérő adat évről évre változik Most éppen a e + e Z b b előre-hátra aszimmetriája LEP elektrogyenge munkacsoport: http://lepewwg.web.cern.ch/

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 10. dia p. 10/69 De hol van a Higgs-bozon? A fizika legkeresettebb részecskéje, mivel a Standard modell egyetlen hiányzó alkatrésze. Kísérletileg (még?) nem figyeltük meg, LEP: M(H) > 114.4 GeV Az elmélet szerint léteznie kell mert tömeget teremt és rendbeteszi a divergenciákat It was in 1972... that my life as a boson really began Peter Higgs: My Life as a Boson: The Story of The Higgs, Int. J. Mod. Phys. A 17 Suppl. (2002) 86-88.

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 11. dia p. 11/69 Mekkora a Higgs-bozon tömege? Trócsányi Zoltán gyűjtése

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 12. dia p. 12/69 A Higgs-bozon keresése Monte Carlo szimulációval teljes SM háttér: SM eseménytípusok, folyamatonként hatáskeresztmetszettel súlyozva. Higgs jel: szimuláció összes lehetséges folyamatra és Higgs tömegre. Mindez átengedve a detektor szimuláción. Optimális válogatás: háttér = min, jel = max. Pl. jel/sqrt(háttér) = max. Adott luminozitásnál várható eseményszám jelre és háttérre különböző feltételek mellett. SM háttér kísérlet? (igen / nem ).

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 13. dia p. 13/69 A Higgs-bozon keresése Mennyire jelszerű a mérés? Kísérleti eseményekhez MC alapján valószínűség: mennyire jel vagy háttér. Összegezés: kísérlet egésze mennyire jel vagy háttér. Így a különböző kísérletek eredménye kombinálható. Sok kandidátus esemény jelszerű; kevesebb háttérszerű. Fizikai/filozófiai/statisztikai problémák: És ha a mért adat kevesebb, mint a várt háttér? És ha több, mint a várt háttér + jel?

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 14. dia p. 14/69 σ (pb) 10 5 10 4 10 3 10 2 10 1 10-1 10-2 10-3 Higgs sugárzás SM jóslata: LEP nél domináns keletkezés e + e Z 0 H 0 Domináns bomlás (m H 0 < 2M W ±): H 0 bb (83 %) e + e - HZ e + e - hadrons Born e + e - µ + µ - 60 WW ZZ m h = 70 GeV 90 110 60 80 100 120 140 160 180 200 σ(e + e ZH) s [GeV] Branching Ratio 1.5.2.1.05.02.01 bb ττ gg cc WW ZZ 100 200 300 500 m H [GeV] 0 Elágazási arány: H XX tt

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 15. dia p. 15/69 A b-kvark azonosítása Több lépésben bomlik: b W c; c W d; W lν vagy qq hosszú élettartam másodlagos vertex, lágy leptonok

ALEPH esemény (e + e HZ bbqq) Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 16. dia p. 16/69

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 17. dia p. 17/69 A Higgs bozon nincs meg 1-CL b 1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 ALEPH Observed Expected signal+background Expected background 100 102 104 106 108 110 112 114 116 118 120 m H (GeV/c 2 ) 2σ 3σ 4σ 1-CL b 1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 DLO Observed Expected signal+background Expected background 100 102 104 106 108 110 112 114 116 118 120 m H (GeV/c 2 ) 2σ 3σ 4σ Várt és megfigyelt jel-konfidencia csak háttér feltételezésével (ALEPH, DELPHI, L3 és OPAL: Phys. Lett. B 565 (2003) 61-75.) Többlet ALEPH 4 jetes eseményeiben 115 GeV-nél: E LEP2000 = 206 GeV m H (115) + m Z (91) = 206 GeV!!

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 18. dia p. 18/69 A SM érzékenysége Higgs-tömegre SM fitt (minden mérés, 2008): +34 M H = 84 26 GeV 6 5 4 July 2008 Theory uncertainty α had = α (5) 0.02758±0.00035 0.02749±0.00012 incl. low Q 2 data m Limit = 154 GeV Alsó határ (illesztés és elmélet bizonytalansága): M H > 154 GeV (95 % konf.) χ 2 3 2 LEP-keresés: M H > 114.4 GeV Megengedett régióra normálva: 114.4 < M H < 185 GeV (95% CL) 1 Excluded Preliminary 0 30 100 300 m H [GeV] LEP Elektrogyenge munkacsoport (http://lepewwg.web.cern.ch/)

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 19. dia p. 19/69 SM-Higgs: M H M t 200 July 2008 200 High Q 2 except m t 68% CL High Q 2 except m t 68% CL m t [GeV] 180 m t (Tevatron) m t [GeV] 180 m t (Tevatron) 160 Excluded 10 10 2 10 3 m H [GeV] 160 Excluded 10 10 2 10 3 m H [GeV] evatron, 2004: m t = 178 GeV 2008: m t = 172 GeV LHC, 2009...: m t =?

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 20. dia p. 20/69 A CERN gyorsítói: múlt és jövő LEP: 1989 2000 LHC: 2009 202?

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 21. dia p. 21/69 LHC: A p-p ütközések bonyolultak! A relatívisztikus proton impulzusának felét kvarkok, másik felét gluonok adják p-p ütközés = kiterjedt, összetett objektumoké

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 22. dia p. 22/69 szeudorapiditás, transzverzális impulzus Hadron- és nehézion-ütközések fontos jellemzői Pszeudorapiditás η = ln tg Θ 2 Polárszög helyett használatos (Egyenletesebb szórási eloszlás) p rész θ p T p nyaláb

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 23. dia p. 23/69 Ütközőnyaláb hozama: luminozitás L = fn N 1N 2 A f: körfrekvencia; n: csomagok száma N 1, N 2 részecske/csomag; A: nyalábok átfedése σ hkm-ű reakció gyakorisága ǫ hatásfoknál R = ǫσl Integrális luminozitás: (fb 1 ) Gyorsító ütközési időszak Ldt energia (fb 1 ) Tevatron 2 TeV 2001-2006 2,5 LHC 10 TeV első pár nap 0,1 LHC 10 TeV első pár hónap 1 LHC 10 TeV első év (kis int.) 10

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 24. dia p. 24/69 Az LHC eltérítő mágnesei 1232 szupravezető mágnes (beszerelés előtt) (L = 15 m, M = 35 t, T = 1.9 K, B = 8.3 T)

z LHC eltérítő-mágnese: keresztmetszet Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 25. dia p. 25/69

Az LHC mágnesei összeszerelve Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 26. dia p. 26/69

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 27. dia p. 27/69 Az LHC működésének első időszaka 1. Értsük meg a detektort: működés, trigger, kalibráció 2. Mennyire hiteles a szimulációnk? Leírja a SM folyamatait és a detektort? Egyezik a mért adatokkal? 3. Keresd, amit vársz, vedd észre, amit nem vársz. Látunk eltérést (többletet) valamilyen eloszlásban a háttérszimulációhoz képest? Új fizika vagy hibás háttérbecslés? 4. Új fizika? Keresünk többletet, hiányt vagy más jellegzetes tulajdonságokat (Higgs-bozon, SUSY,...) 5. Ha tényleg új fizika: Micsoda? Melyik modell? Milyen paraméterekkel?

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 28. dia p. 28/69 LHC: a Jó, a Rossz és a Csúf Jó Hatalmas felfedezési potenciál: nagy energia, sokféle ütközés, óriási luminozitás. Rossz Rettenetes SM háttér, az érdekesebb dolgok előfordulási gyakorisága 10 6 10 3 Csúf Az érdekes folyamat mellett eseményenként még 10-20 p-p ütközés, hatalmas kombinatorikus háttér.

Higgs-bozon keresése az LHC-nál Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 29. dia p. 29/69

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 30. dia p. 30/69 Az LHC CMS detektora 12500 tonnás digitális kamera: 100 M pixel, 40 M kép/mp, 1000 GB/mp adat Tárolás: 100 kép/mp szűrés!!

Az LHC CMS detektora Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 31. dia p. 31/69

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 32. dia p. 32/69 Az LHC CMS detektora (Compact Muon Solenoid) Súly: 12500 tonna, több vas, mint Eiffel toronyban > 2500 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 Előreszórt részecskék észlelése: (Hadron Forward calorimeter, HF) Készült USA-RU-TR-HU együttműködésben: RMKI, Budapest Az első leeresztett CMS-detektorrész: 2006. nov. 11. Adatkezelés: LHC Computing Grid (RMKI)

Munka a müonkamrákon Béni Noémi és Szillási Zoltán (Debrecen) Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 33. dia p. 33/69

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 34. dia p. 34/69 HF: kvarcszálak acélban Minden CERN-es magyar fűzte Szálkalibráció kész darabon

A CMS mágnese Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 35. dia p. 35/69

A CMS egyik szelete Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 36. dia p. 36/69

A CMS lezáró sapkája Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 37. dia p. 37/69

LICE: A Large Ion Collider Experiment Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 38. dia p. 38/69

ATLAS: mágnesek Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 39. dia p. 39/69

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 40. dia p. 40/69 Higgs keresés a CMS nél Proton-proton-ütközésből (uud + uud) sok hadron Kvarkok elsüvítenek egymás mellett vagy enyhén szóródnak LHC: regisztrált eseményben 10-15 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.

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 41. dia p. 41/69 Higgs-keltés az LHC-nál g q H g q q _ q W,Z _ q H gluonfúzió vektorbozonfúzió

A Higgs-bomlás csatornái Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 42. dia p. 42/69

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 43. dia p. 43/69 CMS, H γγ: m H < 140 GeV Jól azonosítható, igen kicsi valószínűségű (2 10 3 ) Könnyű Higgs-bozonra ez a leghatékonyabb CMS elektromágneses kaloriméterét erre tervezték

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 44. dia p. 44/69 A CMS elektromágneses kalorimétere 80000 PbWO 4 szcintillátor-hasáb

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 45. dia p. 45/69 H γγ: csak vágásokkal Statisztikus módszerek sokat javítanak (ANN)

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 46. dia p. 46/69 SM-Higgs, m H > 140 GeV Aranyozott csatorna Válogatás: 4 izolált lepton 2 leptonpár fő vertexből m ll m Z

H ZZ eeqq a CMS nél Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 47. dia p. 47/69

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 48. dia p. 48/69 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 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

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 49. dia p. 49/69 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!

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 50. dia p. 50/69 Két Higgs dublett 5 Higgs bozon SUSY-modellekben 2 Higgs dublett tömeg alsó és felső fermionoknak 8 szabadsági fok 3 tömeg W ±, Z + 5 Higgs bozon h 0, H 0, H ±, A 0 V min at φ 1 = ( 0 v 1 ) ; φ 2 = ( 0 v 2 e iξ φ 1 a felső, φ 2 az alsó fermionokhoz csatol v 2 1 + v2 2 = 2m2 W g 2 ) kulcsparaméter: tan β = v 1 /v 2 β: töltött Higgs-terek keveredési szöge h 0 SM Higgs; m(h 0 ) << m(h 0 )

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 51. dia p. 51/69 Töltött Higgs-bozon: LEP és CDF M(H ± ) > 80 GeV; 0, 7 < tan β < 40

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 52. dia p. 52/69 Kizárás az m max h 0 tan β síkon m h 0(tan β) = max Konzervatív limit! Fekete vonalak: m top = 169, 3; 174, 3; 179, 3 és 183, 0 GeV LEP-kizárás CL-je: sötét zöld: 99,7 % világos zöld: 95 % tan β 1... 5 m h 0 115 130 GeV tan β > 8 m h 0 90 130 GeV

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 53. dia p. 53/69 Veszélyeztetjük-e a Naprendszert? Galaxisok magjában fekete lyukak black hole, BH: M BH > 3 naptömeg, R BH pár km Bizonyos elméleti modellek szerint nagyenergiájú p-p ütközésben keletkezhetnek mikroszkópikus fekete lyukak. Kis tömegüek, azonnal elpárolognak. A kozmikus sugarak milliárdszor nagyobb energiával bombázzák a légkört, Holdat, bolygókat évmilliárdok óta, de nem keletkezett nagy fekete lyuk. Az LHC-ben sem valószínű, de meglátjuk??? YouTube animáció

Rengetegféle modell van Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 54. dia p. 54/69

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 55. dia p. 55/69 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: 2001 9300 mágnes ellenőrzése (javítása!), levitele, összehegesztése: 2002-2007. Mágnesek lehűtése 1,9 K-re (hidegebb, mint a világűr): 2008 jan-aug Protoncsomag belövése: 2008. szept.

Az LHC működési elve Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 56. dia p. 56/69

Az LHC vezérlőterme, 2008.09.10 Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 57. dia p. 57/69

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 58. dia p. 58/69 2008.09.10: protonok körbemennek!! 09:35 10:15 10:17 10:25

2008.09.10: protoncsomag stabilizálása 1 0... 25 ns (mérés 10 körönként) Nincs RF, protoncsomag szétterül 250 kör alatt RF ellentétes fázisban, protoncsomag kettéválik és szétterül Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 59. dia p. 59/69

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 60. dia p. 60/69 2008.09.10: protoncsomag stabilizálása 2 RF: javított fázis RF pontos, protoncsomag stabil 2008. szept. 10.: Teljes siker 450 GeV-es protonokkal (gyorsítás nélkül), mindkét irányban!

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 61. dia p. 61/69 elkészülés a gyorsító-üzemmódra: a hiba A dipólmágnesek áramának fokozatos növelése (kb. 9000 A-re) szektoronként történt. A 8 szektorból 7 áramát sikeresen felhozták Szept. 19: A 8.-nál kiolvadt egy forrasztás két mágnes között. A hirtelen nagy feszültség ívet húzott és kilyukasztotta a héliumvezetéket, amelyből néhány tonna He lökésszerűen kifújt, kilökve a helyéről több 35-tonnás mágnest. Mintegy 20 mágnest javítás céljából a felszínre kell hozni: a felmelegítés nagyon lassú, hetekig tart. A 48 tartalék mágnesből pótolják öket, de a felmelegítésre és cserére jónéhány hónap kell.

Az LHC hőmérséklete 2008.10.11-én Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 62. dia p. 62/69

LHC-szektorok 2008.10.11-én Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 63. dia p. 63/69

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 64. dia p. 64/69 Az LHC jövőre tényleg elindul Idén ugyan az LHC nem fog működni, de jövőre a tervezettnél korábban (június helyett talán már áprilisban) el tudják indítani, mert a javítás és csere idején a gyorsítórendszeren el tudnak végezni különböző munkákat. A kísérleteknek az eset két okból hátrányos: Nincs mért adat 900 GeV-es protonütközésekkel ellenőrzéshez és kalibrációhoz. Előbb zárják jövőre az LHC-t, akkorra megrendelt detektorelemeket nem tudnak beszerelni. Ilyen hibák mindig előfordulhatnak; az lenne a csoda, ha egyből minden működne egy ennyire bonyolult rendszeren...

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 65. dia p. 65/69 Részecskefizikai módszerek haszna Világháló: CERN, 1989 nagyvilág: 1994 Müonspin-rezonancia módszere (kémia, szilárdtestfizika) Pozitronemissziós tomográfia, hadronterápia Grid-hálózatok a számítástechnikában

Számítástechnika: világháló Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 66. dia p. 66/69

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 67. dia p. 67/69 Részecskefizika a mindennapokban Alapkutatás, közvetlen gyakorlati haszna nem várható. Élesíti az elmét, pedagógiai haszna óriási: Kreatív gondolkodásra serkent Az órási méretek miatt komoly technikai fejlesztéseket indukál: 100000 egyforma műszerre tender! Élenjáró programozástechnikai gyakorlat (bankok előszeretettel alkalmaznak HEP-PhD-t szerzett fizikusokat) Lányok, fiúk! Gyertek részecskefizikusnak!

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 68. dia p. 68/69 Konklúzió helyett "Van egy elmélet, miszerint, ha egyszer kiderülne, hogy mi is valójában az Univerzum, és mit keres itt egyáltalán, akkor azon nyomban megszűnne létezni, és valami más, még bizarrabb, még megmagyarázhatatlanabb dolog foglalná el a helyét" "Van egy másik elmélet, amely szerint ez már be is következett" Douglas Adams: Vendéglő a világ végén (Nagy Sándor fordítása)

Horváth Dezső: Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium, 2008.11.05. 69. dia p. 69/69 Köszönetnyilvánítás Nemzeti Kutatási és Technológiai Hivatal OTKA NK67974, K72172 és H07C-74153 EU FP6 MC-ToK 509252 és III 031688 Magyar és Osztrák Tudományos Akadémia TéT JAP-21/2006 és Tokiói Egyetem Megértő együttműködő partnereink