Részecskefizika I: a standard modell

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 1. fólia p. 1/70 Részecskefizika I: a standard modell DE Kísérleti Fizika tanszék, 2014. április 15. Horváth Dezső horvath.dezso@wigner.mta.hu MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont, Részecske- és Magfizikai Intézet, Budapest és MTA Atommagkutató Intézet, Debrecen

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 2. fólia p. 2/70 Részecskefizika I: a standard modell A. Elemi részecskék Fermionok és bozonok, kvarkok és leptonok Összetett részecskék A kvarkok töltése és színe B. Kölcsönhatások Mértékszimmetriák Kvantumelektrodinamika Kvantumszíndinamika Higgs-mechanizmus Elektrogyenge kölcsönhatás Tömegteremtés C. A standard modell ellenőrzése Eseményregisztrálás Kalorimetria Z-szélesség és a 3 család a Higgs- A SM diadalútja: bozon D. A rejtélyes neutrínók Neutrínóforrások és -kísérletek Rejtélyek: hiány Neutrínó-oszcilláció Hányféle neutrínó van?

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 3. fólia p. 3/70 Részecskefizika A (részecske)fizika egzakt tudomány: Pontos matematikai formalizmuson alapszik. Elmélet érvényes, ha kiszámítható, és eredmény egyezik kísérlettel. Az igazi fogalmak mérhető mennyiségek, a szavak csak mankók. Szavak pontos matematika és kísérleti tapasztalat

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 4. fólia p. 4/70 Kvantumtérelmélet A kvantummechanika leírja a részecskék mozgását, de a bomlását, ütközés közbeni átalakulását nem kezeli Egy részecskéből nem lehet másik részecske Térelmélet: részecskék helyett erőterek hullámcsomagjai mozognak Kölcsönhatás: energiát, lendületet (impulzust), töltést, stb. cserélnek Ezt közvetítő részecskék (bozonok) viszik át

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 5. fólia p. 5/70 Az atomtól a kvarkig 10 10 m 10 14 m 10 15 m < 10 18 m pontszerű!

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 6. fólia p. 6/70 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 = 10 12 ev kicsi baktérium 10 3 10 5 λ(fény) 10 7 1 ev atom 10 10 1 kev atommag 10 14 1 GeV elektron 10 18 1 TeV Nagyobb energia kisebb távolság mélyebb szerkezet

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 7. fólia p. 7/70 Fermionok és bozonok Legfontosabb tulajdonság: spin (perdület) = saját impulzusmomentum h egységben Tulajdonság fermion bozon Spin feles ( 1 2, 3 2...) egész (0, 1, 2,...) ψ(1,2)=±ψ(2,1) + Pauli-kizárás van nincs Részecskeszám megmaradása van nincs Statisztika Fermi-Dirac Bose-Einstein Kondenzáció nincs van

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 8. fólia p. 8/70 Elemi (pontszerű!) részecskék Elemi fermionok: leptonok és kvarkok Elemi bozonok: kölcsönhatások közvetítői + Higgs-bozon

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 9. fólia p. 9/70 Elemi fermionok (S= 1 2 ) 1. család 2. család 3. család töltés Leptonok ν e e L ν µ µ L ν τ τ L 0 1 Kvarkok u d c s t b + 2 3 L L L 1 3 Tömeg családdalրnő; kvarkbomlás:, majdտ () L : gyenge kölcsönhatás sérti a paritás-szimmetriát balos részecskepárok és jobbos antirészecskepárok d,s,b : kevert állapotok

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 10. fólia p. 10/70 Hadronok: összetett részecskék Mezonok = qq-állapotok: J = 0, 1,... (bozonok) Q=0, ±1, B=0 Barionok = qqq-állapotok: J = 1 2, 3 2,... (fermionok) Q=0, ±1, ±2, B=1 (barionok) Nukleonok: proton = (uud), neutron = (udd) alapállapot J = 1 2, B=1 Pionok (J = 0, B=0): π + =(ud), π 0 = 1 2 (uu dd), π =(du)

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 11. fólia p. 11/70 ++ = (u u u ) Színes kvarkok Bajok a kvarkmodellel Mi tartja össze a hadronokat? 3 azonos fermion, Pauli-kizárás?? Miért csak (qq) és (qqq) hadronok, miért nincs szabad kvark? R Új kvantumszám: 3 szín G B ++ kvarkjai különböző kvantumállapotban Kvarkok között erős, vonzó szín szín kölcsönhatás Csak színtelen állapotok szabadok (kvarkbezárás)

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 12. fólia p. 12/70 Színtelen kvarkállapotok Mezon = (qq); barion = qqq; antibarion = (qqq) q kvarkok azonosak vagy különbözők. Mindent magyaráz Bizonyíték: Összes lehetséges kvarkállapot létezik Nem találtunk lehetetlent (pl. Q > 2) Nem látunk több-kvarkos állapotot (dibarion, pentakvark?) Családokban össztöltés Q=Q ν + Q l + 3(Q u + Q d )=0 anomáliák eltűnnek

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 13. fólia p. 13/70 Kölcsönhatások és közvetítő bozonjaik Kölcsön- erősség potenciál hatótáv élettartam bozon m 0 hatás Erős 1 R 1 fm 1/m π El-mágn. 10 2 1/R Gyenge 10 7 1 R e R R 0 < 1 fm R 0 h M W c 10 23 s ( pπ) 10 20 10 16 s (π 0 γγ) > 10 12 s (π µ ν) GeV 8 gluon 0 foton 0 W ± Z 0 80 91 Gravitáció 10 38 1 R graviton 0 r(proton) = 0,8 fm 1 fm = 10 15 m

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 14. fólia p. 14/70 Amit mérünk: hatáskeresztmetszet 00 11 00 11 00 11 00 11 00 11 00 11 00 11 00 11 00 11 00 11 00 11 01 00 11 00 11 01 00 11 00 11 00 11 00 11 00 11 00 11 00 11 00 11 00 11 0011 000000000 111111111 00000000000 11111111111 0000000000000 1111111111111 0000000000000 1111111111111 000000000000000 111111111111111 0000000000000000 1111111111111111 00000000000000000 11111111111111111 00000000000000000 11111111111111111 0000000000000000000 1111111111111111111 0000000000000000000 1111111111111111111 0000000000000000000 1111111111111111111 000000000000000000000 111111111111111111111 000000000000000000000 111111111111111111111 000000000000000000000 111111111111111111111 000000000000000000000 111111111111111111111 000000000000000000000 111111111111111111111 000000000000000000000 111111111111111111111 000000000000000000000 111111111111111111111 000000000000000000000 111111111111111111111 000000000000000000000 111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 000000000000000000000 111111111111111111111 000000000000000000000 111111111111111111111 000000000000000000000 111111111111111111111 000000000000000000000 111111111111111111111 000000000000000000000 111111111111111111111 000000000000000000000 111111111111111111111 000000000000000000000 111111111111111111111 000000000000000000000 111111111111111111111 000000000000000000000 111111111111111111111 0000000000000000000 1111111111111111111 0000000000000000000 1111111111111111111 0000000000000000000 1111111111111111111 00000000000000000 11111111111111111 00000000000000000 11111111111111111 000000000000000 111111111111111 000000000000000 111111111111111 0000000000000 1111111111111 0000000000000 1111111111111 00000000000 11111111111 000000000 111111111 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 sűrűsége sebessége nyalábban: Φ=n b v b = részecskeszám/felület/sec

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 15. fólia p. 15/70 Amit mérünk: rezonancia τ=γ 1 élettartam exp. bomlás: N(t)=N 0 e Γt Valószínűségeloszlás: χ(e) 2 = 1 (E M) 2 +Γ 2 /4 M Γ } Breit-Wigner-formula rezonancia { helye szélessége Lorentz-görbe Új részecske felfedezése: rezonancia a tömegnek megfelelő ütközési energiánál

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 16. fólia p. 16/70 Elektromágneses pionszórás nukleonon q µ πn µ µ + X π q 01 00000000 11111111 000000000 111111111 0000000000 1111111111 0000000000 1111111111 00000000000 11111111111 0000000000 1111111111 0000000000 1111111111 0000000000 1111111111 00000000 11111111 000000 111111 Ν γ µ + π =(ud) 12 C (18u+18d) π + =(ud) > σ 18Q 2 u = 18 4 9 > σ 18Q 2 d = 18 1 9 σ(π C µ + µ...) σ(π + C µ + µ...) 4 kísérlet

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 17. fólia p. 17/70 B. Kölcsönhatások Szimmetriák és megmaradási törvények Mértékszimmetriák és kölcsönhatások Kvantumelektrodinamika és a foton Kvantumszíndinamika és a gluon, kvarkbezárás Brout-Englert-Higgs-mechanizmus Elektrogyenge kölcsönhatás Tömegteremtés

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 18. fólia p. 18/70 Szimmetriák Noether tétel: Globális szimmetria megmaradási törvény Eltolás térben impulzus (lendület) Eltolás időben energia Forgatás impulzusmomentum Elektromágneses mérték- töltés Mértékelmélet: Lokális szimmetria kölcsönhatás Lokális szimmetria: pontról pontra meghatározott módon módosuló Részecskefizika legfontosabb feladata a szimmetriák vizsgálata

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 19. fólia p. 19/70 Kvantumelektrodinamika Az elektromágneses jelenségek kvantumelmélete Töltött részecskék szóródása egymáson: A C p C p D q 1 2 t B D A + B => C + D p A p B Leírás: foton q impulzust visz át A-ról B-re Feynman-gráf: recept valószínűség kiszámítására Belső foton, nem észlelhető virtuális

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 20. fólia p. 20/70 Kvantumszíndinamika, QCD Szín-szín kölcsönhatás Közvetítő: gluon, m=0, J = 1 Színt hordoz: RR, GG, BB, RG, RB, GR, GB, BR, BG de 1 3 (RR+GG+BB)=1 8 független U U = I, detu = 1 3 3-as mátrixok SU(3) csoportja. gluon foton: m, J, de γ nem hordoz töltést gluon két színt g-g kölcsönhatás V(r) r

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 21. fólia p. 21/70 Fragmentáció, hadronizáció Fragmentáció, hadronizáció: Kvarkpárok keltése, amíg az energiából futja színtelen végállapot nincs szabad kvark vagy gluon szakadó gluonszál Példa: pπ + K + Σ + kvarkvonalakkal

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 22. fólia p. 22/70 Mérték-kölcsönhatások elmélete Pontszerű fermion (pl. elektron) mozog lokális (pontról pontra szabályszerűen változó) szimmetriájú térben. Lokális szimmetria speciális (kovariáns) deriválás Háromféle lokális szimmetria, három kölcsönhatás: elektromágneses, gyenge és erős (szín-) Mértékbozonok mind zérus-tömegűek: foton és 8 gluon rendben. De 3 gyenge bozon nehéz: m(w ± )=80 GeV; m(z 0 )=91 GeV!! Ráadásul gyenge kh. elméletében végtelen tagok, zérus-spinű bozon létezése megszabadítana tőlük. Megoldás: Brout-Englert-Higgs-mechanizmus

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 23. fólia p. 23/70 Spontán szimmetriasértés tömeg Gyenge bozonok tömege Higgsbozon David J. Miller és CERN: http://www.hep.ucl.ac.uk/ djm/higgsa.html

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 24. fólia p. 24/70 Elektrogyenge kölcsönhatás Elektromágneses és gyenge kölcsönhatás egyesítése a BEH-mechanizmus jótékony közreműködésével Eredmény: zérus-tömegű foton és nehéz Z, W +, W e lepton ν e { d u d n } d u u p W + 01 01 W + e p nukleon n Standard modell: áram-áram kölcsönhatás neutronbomlás Gyenge a kh.? M W = 81 GeV, M n M p = 1,3 MeV! 01 01 ν e

A standard modell állatkertje Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 25. fólia p. 25/70

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 26. fólia p. 26/70 Paritássértés β-bomlásban A τ θ paradoxon: Két részecske azonos tulajdonságokkal, csak a paritásuk különböző: τ + 2π θ + 3π (J P (π)=1 ) Tsung-Dao Lee és Chen-Ning Yang (1956) Paritásmegmaradás kísérleti bizonyítékai elektromágneses jelenségekre Gyenge kh. sérti paritást, τ + θ + ( K + ) Javaslatok kísérleti ellenőrzésre ísérleti igazolás: Chien-Shiung Wu et al. (és Richard L. Garwin et al.), 1957 Nem tudom elhinni, hogy Isten balkezes (Wolfgang Pauli) Lee és Yang: Nobel-díj, 1957

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 27. fólia p. 27/70 C. A standard modell ellenőrzése Eseményregisztrálás Kalorimetria Z-szélesség és a 3 család A SM diadalútja

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 28. fólia p. 28/70 Eseményregisztrálás, trigger Esemény (event) Valamilyen érdekes észlelés (trigger) indítja Minden jellemző adatot tartalmaz Egyidejűleg többfélét regisztrálunk Fizikai, kalibrációs, ellenőrző Triggertől függ, milyen adatokat tartalmaz Ami az érdekes Trigger Elektronikus és számítógép-generált CMS: 2 trigger-szint 1: 100 khz; 2: 100 Hz eseményhozam

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 29. fólia p. 29/70 A CERN gyorsítói: múlt és jövő LEP: 1989 2000 LHC: 2009 2025?

A CERN és környéke Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 30. fólia p. 30/70

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 31. fólia p. 31/70 Az LHC terelő-mágnesei 1232 szupravezető mágnes (beszerelés előtt) (L=15 m, M = 35 t, T = 1.9 K, B=8.3 T)

Az LHC mágnesei összeszerelve Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 32. fólia p. 32/70

Kalorimetria: a CMS-detektor szelete Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 33. fólia p. 33/70

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 34. fólia p. 34/70 Hadronkaloriméterek és visszatérítõ mágnes Elektromágneses kaloriméterek A néhai OPAL detektor Omni Purpose pparatus for LEP Large Electron Positron collider, 1989 2000 Jetkamrák Müondetektorok Vertexdetektor Mikrovertexdetektor 10 m y Ø10 m θ ϕ Z-kamrák z x Elõremeneti detektor Elõmintavevõ Szilícium-wolfram luminozitásmérõ Repülési idõ számláló Szolenoid és nagynyomású tartály

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 35. fólia p. 35/70 LEP-események: e + e Z... pontszerű leptonok ütközése tiszta folyamatok ipikus OPAL-esemény e + e W + W 4 kvark 4 hadronzápor 75 töltött részecske

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 36. fólia p. 36/70 A gluon létezése: 3 hadronzápor OPAL e + e qqg

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 37. fólia p. 37/70 A Z-csúcs (e + e Z...) Rezonancia: E 2 CM = M2 Z M Z = 91.1875±0.0021 GeV Bomlási szélesség: Γ Z = Γ e + e + Γ µ + µ + Γ τ + τ + Γ had+ Γ inv SM mindegyiket megjósolja Illesztés LEP-adatokhoz M Z,Γ Z,Γ(Z...) vs. E CM A láthatatlan szélesség: Γ inv /Γ Z = 1 Γ hadr /Γ Z 3 Γ l + l /Γ Z =(20,0±0.6)%

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 38. fólia p. 38/70 A 3 fermioncsalád A láthatatlan szélesség: Γ inv /Γ Z = 1 Γ hadr /Γ Z 3 Γ l + l /Γ Z =(20,0±0.6)% Standard modell: neutrínók Γ νν = 1,979 Γ l + l Könnyű neutrinók száma: N ν = Γ inv /Γ νν = 2,994±0.012 SM-ben 3 leptoncsalád 3 kvarkcsalád (össztöltés 0!)

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 39. fólia p. 39/70 A SM Higgs bozonja Spin nélküli, semleges, nehéz részecske Renormálás (divergenciák eltávolitása) skalár részecskéje, kvantumszámok nélkül A SM megadja a keletkezési és bomlási valószínűségeit. Tömegfüggő, pl. fermion párra bomlásé σ(h ff) m 2 f /m2 W Tömeget a SM nem jósol, csak limitál: 30 GeV< m H < 500 GeV Létezik? SM: muszáj léteznie Megfigyelnünk csak 2012-ben sikerült. LHC: m H = 126 GeV

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 40. fólia p. 40/70 A standard modell diadalmenete Measurement Fit O meas O fit /σ meas 0 1 2 3 α (5) had (m Z ) 0.02750 ± 0.00033 0.02759 m Z [GeV] 91.1875 ± 0.0021 91.1874 Γ Z [GeV] 2.4952 ± 0.0023 2.4959 σ 0 had [nb] 41.540 ± 0.037 41.478 R l 20.767 ± 0.025 20.742 A 0,l fb 0.01714 ± 0.00095 0.01645 A l (P τ ) 0.1465 ± 0.0032 0.1481 R b 0.21629 ± 0.00066 0.21579 R c 0.1721 ± 0.0030 0.1723 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] 80.385 ± 0.015 80.377 Γ W [GeV] 2.085 ± 0.042 2.092 m t [GeV] 173.20 ± 0.90 173.26 March 2012 0 1 2 3 Állapot 2012 óta Valamennyi kísérlet sokszáz mérésének analízise: Mért számolt /szórás Kilógó adat: a e + e Z b b előre hátra aszimmetriája LEP Electrogyenge munkacsoport: http://lepewwg.web.cern.ch/

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 41. fólia p. 41/70 MS (Compact Muon Solenoid) detektor Súly: 14000 tonna, kétszer annyi vas, mint Eiffel toronyban A legnagyobb szupravezető szolenoid: belső átmérő 6 m, B=4 Tesla 3275 fizikus (44 magyar), 790 mérnök és technikus 41 ország 179 intézményéből (USA > Olaszo. > Németo. > Oroszo.) 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: Worldwide LHC Computing Grid Tier-2 állomás Budapesten, Tier-3 Debrecenben

Munka 160 müonkamrán Béni Noémi és Szillási Zoltán (Debrecen) Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 42. fólia p. 42/70

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 43. fólia p. 43/70 HF: kvarcszálak acélban Minden CERN-es magyar fűzte Szálkalibráció kész darabon

A CMS mágnese Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 44. fólia p. 44/70

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 45. fólia p. 45/70 Higgs-bozon keltése az LHC-nál g q H g gluon-fúzió q q _ q W,Z _ q H vektorbozonfúzió

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 46. fólia p. 46/70 2012 március A 2011-es CMS-adatokból: 114 < M H < 127 GeV (at 95% CL) (egymással versengő folyamatok!) Legjobban azonosítható: H γγ A Higgs-bozon bomlása Eseménytöbblet: 2...3σ 125 GeV-nél

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 47. fólia p. 47/70 CMS: 78 p-p ütközés egyszerre! Sok p-p ütközés lehet ugyanabban az eseményben (csomag-ütközésben). Rekord: 78 azonosított p-p ütközés. Adatmennyiséget növeli, de elemzést nehezíti.

CMS-esemény: H γγ jelölt Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 48. fólia p. 48/70

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 49. fólia p. 49/70 2012 július 4: valami van! ATLAS és CMS, 7 és 8 TeV ütközési energián, H γγ és H ZZ l + l l + l csatornában, m 126 GeV tömegnél statisztikusan jelentősen (kísérletenként 5σ szignifikanciával) lát egy új H részecskét a SM Higgs-bozonjának megfelelő tulajdonságokkal. François Englert és Peter Higgs első találkozása

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 50. fólia p. 50/70 CMS: H γγ (VBF) Bomlási pont a γγ invariáns tömeg meghatározásához: Vektorbozon-fúziós események két hadronzápora.

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 51. fólia p. 51/70 H γγ tömegeloszlása CMS ATLAS

CMS: H ZZ e + e µ + µ Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 52. fólia p. 52/70

CMS: H ZZ l + l l + l Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 53. fólia p. 53/70

Horváth Dezső: Részecskefizika I: a standard modell Debrecen, 2014. április 15. 54. fólia p. 54/70 Ez a SM Higgs-bozonja? A különböző bomlási módusok valószínűsége a SM előrejelzéseihez képest 126 GeV-es Higgs-bozonra CMS átlaga, 2012 november: 0.88 ± 0.21 ATLAS átlaga, 2012 november: 1.3 ± 0.3 Közeledünk a SM-hez (sajnos :-) ATLAS és CMS, 2013. április 15: Nagyon úgy néz ki, hogy a SM Higgs-bozonját találtuk meg. Minden megfigyelt tulajdonsága arra vall.

Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, 2014. április 22. 55. fólia p. 55/70 D. A rejtélyes neutrínók Neutrínóforrások és -kísérletek Rejtélyek: hiány Neutrínó-oszcilláció Hányféle neutrinó van? További rejtélyek: tömeg, keveredés

Neutrínóforrások Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, 2014. április 22. 56. fólia p. 56/70

Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, 2014. április 22. 57. fólia p. 57/70 Debrecen, 1956: a ν e megfigyelése Szalay Sándor és Csikai Gyula a ködkamrával, és az elektron-antineutrínó nyoma

Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, 2014. április 22. 58. fólia p. 58/70 A Nap neutrínói 4 1 H 4 He+2e + + 2ν e Észlelési egység: Solar Neutrino Unit 1 SNU= 10 36 ν kölcsönhatás atom sec 1 ν-kh/nap/10 30 atom (10 100 t anyag) Mérés: ν e + 37 Cl 37 Ar+e (R. Davis, Nobel-díj 2002) Várt: 8,2±1,8 SNU; mért: 2,56±0,23 SNU Elvesztek?? Kihűl a Nap?? Mi rossz: Napmodell vagy mérés? Mindkettő megerősítve...

Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, 2014. április 22. 59. fólia p. 59/70 Légköri neutrínók π + µ + ν µ µ + e + ν µ ν e π µ ν µ Várt: N µ /N e 2 Mért: N µ /N e 2 Hova lesznek?

Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, 2014. április 22. 60. fólia p. 60/70 Rengeteg a neutrínó-kísérlet! Bányában, alagútban, víz és jég alatt 17 lezárt, 34 működő, 9 épülő, 7 tervezett

Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, 2014. április 22. 61. fólia p. 61/70 Észlelés vízben ν e n e p ν µ n µ p ν e p e + n ν µ p µ + n Bennszülött, nagyenergiájú e ±,µ ± Cserenkov-sugárzás: ellipszisalak, időzítés irány

Szuper-Kamiokande belülről Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, 2014. április 22. 62. fólia p. 62/70

Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, 2014. április 22. 63. fólia p. 63/70 Szuper-Kamiokande: müonok Légköri neutrínók (E ν < 1 GeV): Müonok azonosítása: lassulás, bomlás (N µ /N e ) data (N µ /N e ) MC = 0,688±0,016±0,050 Hova lesznek?

Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, 2014. április 22. 64. fólia p. 64/70 Szuper-Kamiokande: oszcilláció! Légköri neutrínók MC ν-oszc. nélkül MC ν µ ν τ oszc. ν e és ν µ fentről megvan Lentről jövő ν µ elfogy (Θ: zenitszög) Oszc. Föld átmérőjében M. Koshiba, Nobel-díj, 2002 ν e ν µ ν µ

Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, 2014. április 22. 65. fólia p. 65/70 SKK: légköri neutrínók Sok-GeV-es müon-neutrínókra ν µ ν τ oszcilláció Föld átmérőjén Fluxus föl/fluxus le = N( 1,0<cosΘ< 0,2) N(0,2<cosΘ<1.0) = 0,54±0,04 1,3 10 3 ev 2 M 2 atm 3,0 10 3 ev 2

Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, 2014. április 22. 66. fólia p. 66/70 A SNO detektorrendszere Sudbury Neutrino Observatory

Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, 2014. április 22. 67. fólia p. 67/70 SNO: a nap-neutrínók Teljes fluxus elmélet ν e eloszcillál M 2 = 8 10 5 ev 2 Θ=30 L osc [km]=2π E[GeV] 1,27 M 2 [ev 2 ] Nap-neutrínók: ν e ν X oszcilláció Nap-Föld távolságon Legalább két neutrínóra m ν > 0!

Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, 2014. április 22. 68. fólia p. 68/70 IceCube: 2.8 km az Antarktisz jegében 2011 2013 250 TeV-es neutrínó E ν = 1060 TeV!

Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, 2014. április 22. 69. fólia p. 69/70 A jelenlegi szituáció Állapotfrakciók: xxxx ν e /////// ν µ \\\\\ ν τ Tömeg-sajátállapotok Gyenge sajátállapotok Légkör: M 2 2.4 10 3 ev 2 Nap: M 2 7.6 10 5 ev 2 Megoldottuk problémákat? Tömeges a neutrínó... Még több lett a neutrínó-rejtély: Mitől van tömege és mi keveri az állapotait?

Horváth Dezső: Részecskefizika II: neutrínók, kozmológia Debrecen, 2014. április 22. 70. fólia p. 70/70 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)