Typotex Kadó 1. fejezet Bevezető Mottó: A fzka olyan, mnt a szex: bztosan van gyakorlat haszna, de m nem azért csnáljuk. Rchard P. Feynman (szájhagyomány szernt) Éppen negyven évvel ezelőtt nyerte el jelenleg, végleges 1 formáját a részecskefzka elmélete, amelyet történet okokból Standard Modellnek 2 hívnak. A Vlághálón rengeteg leírás található erről az elméletről és kísérlet gazolásáról. Az érdeklődő olvasónak elsősorban a Wkpédát ajánlanám, mnt eléggé hteles smeretforrást. Az persze elsősorban angol nyelvű [1], de egyre bővül a magyarul elérhető szóckk-gyűjtemény s [2]. Én s több smeretterjesztő ckket írtam róla [3, 4], azok anyagát részben fel s használtam ebben a ks elektronkus könyvben. Több előadásom s szerepel a tudományos előadások magyar Vdeotorum gyűjteményében [5] és egy Hggs-bozonos a YouTubeon [6]. Ez utóbb elsősorban fzkusoknak szól, a nagyközönség számára s érthető azonban Trócsány Zoltán előadása ugyancsak a YouTube-on [7]. Az elmúlt 40 évben a vlág adófzető egyre növekvő részecskegyorsítókat fnanszíroztak számunkra (egymást váltogatva Amerkában, Oroszországban, valamnt Svájc és Francaország 1 A tudományos kutatásban természetesen nncs végleges, csak éppen most legjobbnak látszó! 2 Állandó vtában állok a magyar folyóratok szerkesztővel e név írásával kapcsolatban: szerntem tulajdonnév, egy bzonyos szellem alkotás neve, két nagy kezdőbetűvel, szerntük vszont egy szabványos modell, kcsvel. www.nterkonyv.hu
Horvath Hggs 2013 2013/8/4 15:54 page 10 #10 Typotex Kadó 10 A Hggs-bozon 1.1. a bra. A Nagy hadron-u tko zteto (Large Hadron Collder, LHC) re szecskegyorsı to alagu tja a CERN-ben, 100 me terrel a fo ld alatt. A 27 km hosszu ko rgyu ru 9300 ma gnes segı tse ge vel tartja ko rpa lya n az egyma ssal szemben kerngo protoncsomagokat. Ko zu lu k a dpo lusma gnesek (1232 tokban ke t-ke t, egyma ssal szemben kapcsolt szupravezeto ma gnes) a protonok pa lya ja t hajlı tja k, a to bb ma gnes fo kusza l, gyorsı t e s pa lya t javı t. hata ra n), hogy bebzonyı thassuk vagy megca folhassuk a Standard Modell e rve nye t. Valo ban, mnden alkatre sze t skeru lt 1995-g azonosı tan, a Hggs-bozont kve ve. 2012-ben azuta n ve gre tala ltunk a vla g legnagyobb me ro mu szere ne l, a Genf ko zele ben, 100 me terrel a fo ld alatt, 27 km-es ko ralagu tban e pı tett Nagy hadron-u tko zteto (Large Hadron Collder, LHC) re szecskegyorsı to na l (1.1. a bra) egy u j re szecske t a Hggs-bozon tulajdonsa gaval (vegyu k e szre az o vatos fogalmaza st!). A felfedeze s nemcsak a fzkusokat, a ko zve leme nyt s felvllanyozta, hszen egy olyan re szecske, amelyet a vla g sokezer kutato ja 40 e vg keres, dolla rmlla rdokat ko ltve ra, bztosan nagyon e rdekes. Jo ne ha ny vcc s kerng ro la a vla gha lo n. Mvel a Hggs-bozont eredme nyezo matematka bu ve szkede s tesz leheto ve az elem re szecske k to mege nek matematka bevezete se t s, a vccek re szben a to meggel kapcsolatosak, haba r a ta rgyak www.nterkonyv.hu
1. Bevezető 11 Typotex Kadó tömege elsősorban energa eredetű, és nem a Hggs-mechanzmus következménye. A CERN bejelentése előtt és után másféle Hggs-bozonos vccek keletkeztek. Előtte: A bárba besétál egy Hggs-bozon. Azt mondja nek a csapos: Vgyázzon, magát sokan keresk! A bárba besétál egy Hggs-bozon. A csapos nem ért... Szeretnék végre látn egy jó Hggs-bozonos vccet. Bztosan létezk, de évekbe telhet, amíg rátalálunk. A megfgyelés bejelentése után: A templomba besétál egy Hggs-bozon. Azt mondja nek a pap: Magát nem szívesen látjuk tt. Mre ő: Pedg nélkülem tt soha nem lesz tömeg! Angolul az gaz: But wthout me how can you have mass?, ugyans mass a tehetetlen tömegen és embertömegen kívül még msét s jelent. A bárba besétál egy Hggs-bozon. A csapos megkérdez: M van? mre ő: Én!. A Hggs-bozon felfedezése után a fzkusok tömegesen ünnepeltek. Nem értem, m a csuda az, de klassz, hogy felfedezték! Gondosan ellenőrzn kell. A múltkor s azt httem, Hggsbozont találtam az ágyam alatt, de csak egy üveggolyó volt! Jó, hogy megvagy, Isten-részecske. vagyok, ak nem ért téged. Én csak egy átlagember Négy évvel ezelőtt egy fatal angol részecskefzkus hölgy, Kate McAlpne, néhány vdám kollégájával készített Large Hadron Rap címen egy klpet és ktette a YouTube-ra [8]. Ő csodálkozott a legjobban a felvétel hhetetlen népszerűségén, www.nterkonyv.hu
12 A Hggs-bozon Typotex Kadó 2012 márcuság csaknem 8 mlló nternetezőt érdekelt. A dal vcces stílusban, de gencsak pontosan leírja az LHC fzkáját, többek között a Hggs-bozon, az antanyag és az ősanyag vzsgálatát. Könyvemben először bevezetem a részecskefzka elméletét: a részecskéket és kölcsönhatásakat, majd a Hggs-bozont létrehozó mechanzmust. Mvel az utóbb szmmetrasértésen alapul, és az elméletben mnden más szmmetrákon, a bemutatást a szmmetrákkal kell kezdenem. Az elmélet fejezetet a spontán szmmetrasértés leírása zárja; az bztosítja a neutron és az atommag bomlását elődéző gyenge kölcsönhatás matematka leírását. A fzka kísérlet tudomány. Az elmélet bemutatása után tehát vázolnom kell a részecskefzka kísérlet módszeret: a részecskegyorsítókat és -detektorokat, valamnt az adatkezelés módszeret. Ez után jön a lényeg: a Hggs-részecske tulajdonságanak leírása, keresés módszere és az eddg elért eredmények. Végül a Zárszóban a klátásokat foglalom össze. A könyv végén két függelék található: az elsőben (A) a Standard Modell megalkotónak életrajzát foglalom össze abc-sorrendben, a másodkban (B) olyan részecskefzka alapfogalmakat, amelyek könyvemben többször előfordulnak, de leírásuk megtörné a szöveg logkáját. A fzkában általában, és a részecskefzkában különösen mnden leírás matematka nyelven történk: egy elméletet akkor fogadunk el, ha annak egyenletevel a kísérletleg mérhető mennységeket k tudjuk számítan, és a számítások eredménye egyezk a mérésekével. A részecskefzka meglehetősen bonyolult matematka apparátusát hhetetlenül egyszerűvé, átteknthetővé és szemléletessé tesz a Rchard Feynman (A.6. függelék) által kdolgozott gráftechnka, amely az egyenleteket folyamatábrákká alakítja. Mnden olyan elméletet, amely nem vezet mérhető eredményekre, nem-fzka spekulácónak tekntünk. Azoktól az amatőr fzkusoktól, akk azzal jelentkeznek, hogy új, a korábbaknál jobb elméletet dolgoztak k valamre, azt szoktuk kérdezn, hány jegy pontossággal egyeznek a számítása www.nterkonyv.hu
1. Bevezető 13 Typotex Kadó a mérések eredményevel. Ugyanakkor persze könyvemben a matematka levezetések nem fognak szerepeln, de a vlághálón, például a Wkpédában s, az érdeklődő olvasó megtalálja őket, tetszőleges mélységben. A részecskefzka kutatóntézetek folyamatosan fejlesztk oktatóanyagukat, tt elsősorban a CERN angol nyelvű lapjat érdemes nézn [9]. Nagyon sok érdekes blog s olvasható a részecskefzkáról angolul, tt csak néhány gazán hteles forrásra említenék példát: sok részecskefzkus vesz részt a Quantum Dares (Kvantumnapló) [10] és a Scence 2.0 [11] vezetésében, fgyelemre méltó Jester [12] és Matthew Strassler blogja [13]. Az amerka Partcle Data Group (Részecskefzka adatok csoportja) s üzemeltet egy Részecskekaland (Partcle Adventure) című ckkgyűjteményt [14]. Magyarul Smon Tamás (orgo) üzemeltet bloggyűjteményt a CERN főbb eseményeről [15]. 2006 óta mnden év augusztusában magyar nyelvű továbbképzést szervezünk haza fzkatanáranknak a CERN-ben, azok lapjan [16] megtalálható az előadások teljes anyaga, vdeofelvétellel együtt. www.nterkonyv.hu