Mikrokozmosz - makrokozmosz: hova lett az antianyag?



Hasonló dokumentumok
Mikrokozmosz - makrokozmosz: hova lett az antianyag?

Részecskefizika és az LHC: Válasz a kérdésekre

Mikrokozmosz - makrokozmosz: hova lett az antianyag?

Mikrokozmosz - makrokozmosz: hova lett az antianyag?

Bevezetés a részecskefizikába

Alapvető szimmetriák kísérleti vizsgálata

Szimmetriák és sértésük a részecskék világában

Magyarország és a CERN

Magyarország és a CERN

Alapvető szimmetriák kísérleti vizsgálata

OPAL, ASACUSA, LCG. Horváth Dezső RMKI, Budapest és ATOMKI, Debrecen

Milyen nehéz az antiproton?

Alapvető szimmetriák kísérleti vizsgálata a CERN ben

Antianyag a Föld környezetében

ASACUSA, OPAL, CMS (p-p)

Gamma-kamera SPECT PET

AZ ATOMFIZIKÁTÓL A NAGYENERGIÁS FIZIKÁIG

Részecskefizikai újdonságok a CERN-ben

A mikrovilág szimmetriái: CERN-kísérletek DE Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma

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

Tényleg megvan a Higgs-bozon?

A RÉSZECSKEFIZIKA ANYAGELMÉLETE: A STANDARD MODELL

PET Pozitronemissziós tomográfia

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal. Dr. Vincze Árpád

Magyarország és a CERN

Tanulmány 50 ÉVES A CERN. Horváth Dezsõ a fizikai tudomány doktora RMKI, Budapest és ATOMKI, Debrecen horvath@rmki.kfki.hu. Magyar Tudomány 2005/6

Marx György ( )

ANYAG ÉS ANTIANYAG (AVAGY ANGYALOK ÉS DÉMONOK?) egy hollywoodi film aláfestése

Paritássértés FIZIKA BSC III. MAG- ÉS RÉSZECSKEFIZIKA SZEMINÁRIUM PARITÁSSÉRTÉS 1

19. Az elektron fajlagos töltése

Az LHC kísérleteinek helyzete

Antiprotonok a CERN-ben

Alapvető szimmetriák vizsgálata antiprotonokkal

L Ph 1. Az Egyenlítő fölötti közelítőleg homogén földi mágneses térben a proton (a mágneses indukció

Fizikaverseny, Döntő, Elméleti forduló február 8.

Magyarország és a CERN

Magyarország és a CERN

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

A nagy hadron-ütköztető (LHC) és kísérletei

Nehézion ütközések az európai Szupergyorsítóban

Milyen eszközökkel figyelhetők meg a világ legkisebb alkotórészei?

KOZMIKUS SUGÁRZÁS EXTRÉM ENERGIÁKON I. RÉSZ

Az ATOMKI ESS programja

Elméleti zika 2. Klasszikus elektrodinamika. Bántay Péter. ELTE, Elméleti Fizika tanszék

Az időtől független Schrödinger-egyenlet (energia sajátértékegyenlet), A Laplace operátor derékszögű koordinátarendszerben

Papp Gábor, Németh Judit. Magfizika. egyetemi jegyzet fizika tanár szakos hallgatóknak. 2003, ELTE, Budapest

Magfizika szeminárium

PET Pozitron annihiláció vizsgálata

Bevezetés a részecskefizikába

Alkalmazott kutatások kozmikus részecskék detektálásával

A természet legmélyebb szimmetriái

Gyorsítók a részecskefizikában

CÉLOK ÉS FORRÁSOK (2008)

CERN-kísérletek: CMS és ASACUSA

NEUTRON-DETEKTOROK VIZSGÁLATA. Mérési útmutató BME NTI 1997

Gránásy László. Szül.: febr. 15. Budapest ELTE TTK fizikus szak 1979 MTA Doktora (2004) Választott tag: Academia Europaea (London, 2014 )

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

GÁZTÖLTÉSŰ RÉSZECSKEDETEKTOROK ÉPÍTÉSE CONSTRUCTION OF GASEOUS PARTICLE DETECTORS

Atomfizikai összefoglaló: radioaktív bomlás. Varga József. Debreceni Egyetem OEC Nukleáris Medicina Intézet Kötési energia (MeV) Tömegszám

Képalkotás a pásztázó elektronmikroszkóppal

A.11. Nyomott rudak. A Bevezetés

A nagyenergiás neutrínók. fizikája és asztrofizikája

Kincskeresés kozmikus részecskékkel

A sötét anyag nyomában. Krasznahorkay Attila MTA Atomki, Debrecen

QP és QX mélykútszivattyúk 4"

Fizika 2 (Modern fizika szemlélete) feladatsor

Elemi álom címő film premierje;

Detektorok. Fodor Zoltán. Wigner fizikai Kutatóközpont. Hungarian Teachers Programme 2015

Magyar Tanárprogram, CERN, 2010

2. Melyik az, az elem, amelynek harmadik leggyakoribb izotópjában kétszer annyi neutron van, mint proton?

Biofizika tesztkérdések

FIZIKA PRÓBAÉRETTSÉGI EMELT SZINT. 240 perc

Részecskefizikai problémák: Higgs-bozon, antianyag, neutrínók

ANTIANYAG-VIZSGÁLATOK A CERN-BEN

Vélemény Siklér Ferenc tudományos doktori disszertációjáról

Mérlegen az antianyag

Nehéz töltött részecskék (pl. α-sugárzás) kölcsönhatása

Szimmetriák és sértésük a részecskék világában a paritássértés 50 éve 1


1. Prefix jelentések. 2. Mi alapján definiáljuk az 1 másodpercet? 3. Mi alapján definiáljuk az 1 métert? 4. Mi a tömegegység definíciója?

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

Fizika belépő kérdések /Földtudományi alapszak I. Évfolyam II. félév/

Íme a 2010-es matematika érettségi megoldásai

Ph Mozgás mágneses térben

Az elemeket 3 csoportba osztjuk: Félfémek vagy átmeneti fémek nemfémek. fémek

Tartalmi táblázat. Óvintézkedések...2 SPECIÁLIS MEGJEGYZÉSEK AZ LCD MONITOROKON...3. Csomag tartalma...3. Installációs utasítások...

Mössbauer Spektroszkópia

Vázlat. Bevezetés szimmetriák. Paritás (P) Kombinált töltés- és tértükrözés (CP) Ősrobbanás, CKM-mátrix, B-gyárak. Szimmetriák és sérülésük

KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA

A Standard Modellen túl. Cynolter Gábor

Részecskék hullámtermészete

Környezetgazdálkodás ban gépészmérnöki diplomát szerzett Dr. Horváth Márk ben ő lett az első Fizikai Nobel-díj tulajdonosa.

KOVÁCS ENDRe, PARIpÁS BÉLA, FIZIkA II.

Bemutatkozik a CERN Fodor Zoltán

Nyelvoktatás kisiskoláskorban hazai gyakorlatok. Öveges Enik május 26.

Radioaktivitás. 9.2 fejezet

HORVÁTH DEZSŐ A HIGGS-BOZON

Cserenkov-sugárzás, sugárzás,

konfidencia-intervallum Logikai vektorok az R-ben március 14.

ENERGETIKAI AXIÓMARENDSZEREN NYUGVÓ RENDSZERELMÉLET I. KÖTET.

Átírás:

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 1. fólia p. 1/39 Mikrokozmosz - makrokozmosz: hova lett az antianyag? Horváth Dezső horvath wigner.mta.hu MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont, Budapest és MTA Atommagkutató Intézet, Debrecen

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 2. fólia p. 2/39 Vázlat Mi az antianyag? Hova lett az Ősrobbanás után? Az anyag-antianyag szimmetria ellenőrzése Antihidrogén keltése a LEAR-nél Az ATHENA-kísérlet: hideg antihidrogén Az ALPHA-kísérlet: csapdázott antihidrogén Az ASACUSA-kísérlet: antihidrogén-nyaláb Alkalmazások? Angyalok és démonok (antiangyalok?)

2010: 1. Antihidrogén... 10. LHC 2012: 1. Higgs-bozon Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 3. fólia p. 3/39

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 4. fólia p. 4/39 Előszó A (részecske)fizika egzakt tudomány: A fizika univerzális nyelve a matematika, pontos matematikai formalizmuson alapszik. Egy elmélet érvényes, ha kiszámítható, és eredménye egyezik a kísérlettel. Az igazi fogalmak mérhető mennyiségek, a szavak csak mankók. Szavak mögött pontos matematika és kísérleti tapasztalat Alapkérdés: milyen pontossággal adja vissza az elméleti számítás a mérések eredményét? Számítás nélkül nincs fizika, csak spekuláció... de a fizika kísérleti tudomány!

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 5. fólia p. 5/39 Mi az az antianyag? Paul Dirac, 1928: Új egyenlet a hidrogénatom precíz matematikai leírására: szépészet?? Két megoldás elektronra (x 2 = 4 x = ±2): Pozitív energiájú és negatív töltésű: e Negatív energiájú és pozitív töltésű: e + Negatív energia nem fizikai, Dirac elektron-hiánynak értelmezte Carl Anderson, 1932: e + kozmikus sugarakban valódi részecske, pozitron Nobel-díjak: Dirac: 1933; Anderson: 1936

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 6. fólia p. 6/39 Antirészecskék Minden anyagi részecskének van antirészecskéje Pl. proton (a hidrogénatom magja) antiproton. e γ Ha részecske antirészecskéjével ütközik, megsemmisülnek, energiájuk szétsugároz. Sugárzás atommag terében részecske + antirészecske párokat tud kelteni. Kisebb energián elektron-pozitron párt, nagy energián pl. (E > 2 proton-tömeg) proton-antiprotont. e + γ e + e γ

Ősrobbanás, felfúvódás, sugárzás Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 7. fólia p. 7/39

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 8. fólia p. 8/39 Hubble-teleszkóp: a Világegyetem mélye 250 nap megfigyelés egy sötét ponton > 10000 tízmilliárd évnél régebbi galaxis

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 9. fólia p. 9/39 Hubble-teleszkóp: eredmények A galaxisok kialakulása már az Ősrobbanás után 500-800 millió évvel megkezdődött Korai galaxisok kisebbek és kevésbé szimmetrikusak gyorsabb formálódás A legtávolabbi felvételeken nyomon követhető csillagok képződése Nem látunk antianyag-galaxisokat: sugárzási övezet lenne körülöttük Fiatal galaxisok Billiomod résszel több részecske keletkezett, mint antirészecske Különbség anyag és antianyag között?

Tükrözési szimmetriák Töltéstükrözés:C részecske antirészecske Tértükrözés:P Jobbkéz balkéz Időtükrözés:T Idő visszafelé CPT-szimmetria: elektromágnesség, mikrovilág T. Nakada, CERN Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 10. fólia p. 10/39

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 11. fólia p. 11/39 Tükrözési szimmetriák sérülése Tsung-Dao Lee és Chen-Ning Yang, 1956: Gyenge kölcsönhatás maximális paritássértése balkezes részecskék, jobbkezes antirészecskék Kísérleti igazolás: Chien-Shiung Wu csoportja (és Leon Lederman csoportja), 1957 Nem tudom elhinni, hogy Isten balkezes (Wolfgang Pauli) Nobel-díj: Lee és Yang, 1957 A CP-szimmmetriában mindenki hitt, de a P-sértés felfedezése miatt ellenőrizni kellett Sérül, bár kicsit: Cronin és Fitch, 1964 Nobel-díj, 1980

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 12. fólia p. 12/39 CPT-invariancia A térelmélet alaptétele: CPT p(r,t)> = p( r, t)> p(r,t)> azaz szabad antirészecske részecske, amely téridőben visszafelé mozog. CP T sérülése sértené: e e + γ γ a kölcsönhatások lokalitását azaz a kauzalitást, vagy unitaritást, az anyag, információ,... megmaradását, vagy a Lorentz-invarianciát. Elmélet általában: CP T nem sérül De miért nincsenek antianyag-galaxisok? Az Ősrobbanáskor egyformán kellett keletkezniük Vannak CP T sértő modellek ellenőrizni

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 13. fólia p. 13/39 Kétfotonos spektroszkópia hideg atomon ellentétes irányú lézerek hőmozgási hatás kiküszöbölve Részecske = antirészecske? [m(k 0 ) m(k 0 )]/m(átlag) < 10 18 proton antiproton? (m, q, µ összehasonlítása) hidrogén antihidrogén? (2S 1S) Kétfotonos bomlás hosszú élettartam keskeny vonal

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 14. fólia p. 14/39 Az első 9H-atom: LEAR, 1996 W 10 19

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 15. fólia p. 15/39 A CERN gyorsítói ma

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 16. fólia p. 16/39 A CERN 20 tagországa +Románia, Izrael, Szerbia, Ciprus, Szlovénia, Horvátország, Töröko., Brazília, Oroszo.

A CERN és környéke Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 17. fólia p. 17/39

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 18. fólia p. 18/39 A CERN kutatói (felhasználói) 2800 alkalmazott + 10500 kutató + 440 diák (Olasz > német > amerikai > orosz > francia)

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 19. fólia p. 19/39 A CERN antiproton lassítója (AD) a CPT invariancia ellenőrzésére épült árom CPT kísérlet az AD-nál: TRAP: H(2S 1S) H(2S 1S) LPHA: H(2S 1S) H(2S 1S) SACUSA: q(p) 2 m(p) q(p) 2 m(p) µ l (p) µ l (p) H finomszerkezete örös: működik, zöld: tervben ASACUSA: Atomic Spectroscopy And Collisions Using Slow Antiprotons Tokió, Aarhus, Bécs, Brescia, Budapest, Debrecen, München Barna Dániel, Juhász Bertalan, Sótér Anna, Tőkési Károly, Zalán Péter, Horváth Dezső

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 20. fólia p. 20/39 Antihidrogén-spektroszkópiához Antiprotonok lelassítása Antiprotonok csapdázása, hűtése Lassú pozitronok előállítása ( 22 Na) Pozitronok csapdázása, hűtése Összehozni őket közös csapdában Rekombináció antihidrogén Antihidrogén-atomok csapdázása Antihidrogén-atomok legerjesztése (idő!) jelen Antihidrogén-atomok hűtése Lézer-spektroszkópia antihidrogénen Jövő

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 21. fólia p. 21/39 Hideg antihidrogén: ATHENA, 2002 Az ATHENA-kísérlet felépítése és egy megfigyelt H-annihiláció a csapda maradékgázán

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 22. fólia p. 22/39 ALPHA-kísérlet: antihidrogén tárolása 10 7 p 7 10 8 e + 38 H p-e + kölcsönhatás: 1 s, töltött részek ki: 170 ms, B = 3 T mágnes le: 9 ms (!!), H-annihiláció: 30 ms. 38 tárolt H-atom azonosítva Zaj (jel nem H-tól): 1 beütés G. B. Andresen,... J.F. Hangst,...Y. Yamazaki: Nature 468 (2010) 673.

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 23. fólia p. 23/39 ASACUSA: MUSASHI Monoenergetic Ultra Slow Antiproton Source for High precision Investigations.8 MeV p AD RFQ 00 kev p RFQ csapda (2001) 10 6 p csapdában hűtve (2002) Antihidrogén-nyaláb 350000 lassú p kivezetve (2004) sapdázott p összenyomva (2008) (5 10 5 p, E = 0.3 ev, R = 0.25 mm) H-nyaláb: ASACUSA, 2010

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 24. fólia p. 24/39 Spektroszkópia H-nyalábon p antiproton and positron Trap / Recombination + e Sextupole I Microwave Cavity Sextupole II Antihydrogen Detector H-nyaláb röptetése: polarizátor, rezonátor, analizátor Analógia: polarizált fény R.S. Hayano, M. Hori, D. Horváth, E. Widmann, Rep. Progr. Phys. 70 (2007) 1995.

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 25. fólia p. 25/39 ennyi az antianyag a világegyetemben? AMS-2: Alpha Magnetic Spectrometer antianyag (anti-hélium) és sötét anyag felfedezésére Össztömeg: 8500 kg, 1200 kg állandó mágnes Költsége: 2 G$ Építés: CERN Fellőve: 2011 május, USA Vezérlés: CERN

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 26. fólia p. 26/39 AMS-2: Alpha Magnetic Spectrometer Első eredmények (2013): Antihéliumot nem látni. Nagyenergiás pozitronok mindenhonnan. Jöhetnek a sötét anyag szétsugárzásából vagy pulzárokból. Még 10-15 évig gyűjt adatot.

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 27. fólia p. 27/39 Eddig tartott a fizika Szép a tudomány, de lehet mindezt valamire használni?

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 28. fólia p. 28/39 Az antianyag alkalmazásai? Pozitron-emissziós tomográfia (PET): igen! AD: Antiproton Cell Experiment (ACE): rákterápia antiprotonokkal? Rakéta-hajtóanyag??? Antianyag-bomba... Valóság álom fantazmagória marhaság

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 29. fólia p. 29/39 Pozitron-emissziós tomográfia (PET) Metabolizmus vizsgálata Magyarországon úttörő: Debrecen

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 30. fólia p. 30/39 Antiproton Cell Experiment (ACE) Rákterápia-kutatás a CERN Antiproton-lassítójánál Előny: Az antiprotonok az energiájuk legnagyobb részét igen kis térfogatban helyezik el. Az energia megválasztásával a tumor jól behatárolható. Hátrány: az antiproton nagyon drága, az annihilációs sugárzás is terhel.

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 31. fólia p. 31/39 Rakéta-hajtóanyag??? Star Trek Positronics Research LLC (NASA!) Antianyag-tároló megvan (?) 2001: Mars-rakéta antiprotonokkal 2009: Mars-rakéta pozitron-reaktorral (kisebb sugárterhelés) http://www.nasa.gov/exploration/home/antimatter_spaceship.html

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 32. fólia p. 32/39 an Brown: Angyalok és démonok (2000) Cselekmény: A CERN titkos, föld alatti laboratóriumából ellopnak egy termosznyi antianyagot és fel akarják robbantani vele a Vatikánt, de a főhős, szerencsére, megakadályozza. A CERN a könyvnek honlapot nyitott, amely közölte: A CERN valóban létezik, megépítette a világ legnagyobb részecskegyorsítóját (LHC, 27 km-es gyűrű, 100 m-rel föld alatt). Teljesen nyitott intézmény, nincsenek titkos laboratóriumai és semmi baja a Vatikánnal. Előállít antihidrogén-atomokat (nehezebb atomokat nem tud) az Antiproton-lassítónál (és nem az LHC-ban), tisztán tudományos célra, mikroszkópikus mennyiségben: az nem hordozható és nem alkalmas bombakészítésre.

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 33. fólia p. 33/39 Angyalok és démonok: a film, 2009 A CERN vezetői meghívták a film készítőit és felajánlották a CERN-t helyszínnek a film elejére. Azok mindent lefényképeztek, azután felépítették Los Angelesben az LHC hasonmását, és ott forgattak. Tom Hanks az LHC ATLAS kísérleténél

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 34. fólia p. 34/39 Angyalok és démonok a CERN-ben CERN-honlap és -kiállítás a filmnek: 2009 Sony Pictures hozzájárult, csak azt kérte, ne hangsúlyozzuk, mekkora badarság tudományosan USA: fizikusok előadókörútja a filmről Európa nemigen csinálta, Magyarország sem

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 35. fólia p. 35/39 Angyalok és démonok: a kiállítás Tom Hanks, Ayelet Zurer és Ron Howard a CERN kiállítóterme előtt, ahol éppen megnyílt az Angels & Demons kiállítás CERN: The Globe of Science and Innovation EXPO 2002: A fenntartható fejlődés svájci faépülete

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 36. fólia p. 36/39 Angyalok és démonok: a kiállítás A CERN kiállítása a Globe-ban

Antianyag előállítása: az AD céltárgya Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 37. fólia p. 37/39

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 38. fólia p. 38/39 A CERN kiállítása: antianyag-tároló A film antianyag-csapdája a kiállításon Az ASACUSA-kísérlet 3-tonnás antiproton-csapdája a CERN-ben

Horváth Dezső: Antianyag Trefort gimn, 2013.02.28 39. fólia p. 39/39 Köszönöm a figyelmet! Az Angyalok & Démonok 4-perces filmrészlete az LHC-ről