Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 1/40 A Higgs-bozon felfedezése: a nagyenergiás fizika negyvenéves kalandja TIT József Attila Szabadegyetem, Budapest, 2014.12.17. Horváth Dezső horvath.dezso@wigner.mta.hu MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont, Részecske- és Magfizikai Intézet, Budapest és MTA Atommagkutató Intézet, Debrecen
Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 2/40 Vázlat Kvantumfizika Részecskék és kölcsönhatások A standard modell diadala és problémái Elveszett szimmetriák keresése A CERN és gyorsítói A nagy hadron-ütköztető (Large Hadron Collider, LHC) A Compact Muon Solenoid (CMS) kísérlet A Higgs-bozon felfedezése A részecskefizika haszna
Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 3/40 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: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 4/40 Kvantumfizika: valószínűségi leírás Einstein: Isten nem dob kockát! De mégis... Minden kísérleti tény igazolja, pedig nem szemléletes Egyetlen pontszerű elektron egy fésű minden résén egyszerre átmegy A csillagból jövő fénysugár gömbfelületen terjed, mégis egészében a távcsőben végzi. Az atomi elektron gömbfelületi pályáján nem mozoghat, mert sugározna, csak egyszerre minden pontjában ott van bizonyos valószínűséggel. Nem tudjuk, egyetlen bomlékony részecske mikor fog elbomlani, csak azt, hogy adott időn belül mekkora valószínűséggel bomlik. A matematika minden adatot szépen visszaad!
Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 5/40 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: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 6/40 LHC = időgép?? Kezdet: ősrobbanás 13,7 milliárd éve Hogyan mehetünk vissza időben, az Ősrobbanás közelébe? Távcső: 4 milliárd év a Nagy Bumm után (Európai Déli Obszervatórium, Chile, Very Large Telescope) Mikrohullámú kozmikus háttérsugárzás: Párszázezer év (amikor az Univerzum átlátszó lett). Nagyenergiájú részecskeütközés: Milliomod másodperc (mielőtt az atomok kialakultak volna) Ükanyánkkal nem találkozunk...
Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 7/40 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
Otthon is van (volt ) gyorsítónk Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 8/40
Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 9/40 Fermionok és bozonok Legfontosabb tulajdonság: spin (perdület) = saját impulzusmomentum h = h/(2π) egységben Planck-állandó (hatáskvantum): h=6,626 10 34 Js Tulajdonság fermion bozon Spin feles ( 1 2, 3 2...) egész (0, 1, 2,...) Részecskeszám megmaradása van nincs ψ(1,2)=±ψ(2,1) + Pauli-kizárás van nincs Kondenzáció nincs van
Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 10/40 Spontán szimmetriasértés tömeg Szabad fermion Higgsbozon David J. Miller és CERN: http://www.hep.ucl.ac.uk/ djm/higgsa.html
Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 11/40 A standard modell állatkertje A Higgs-részecskén kívül mind régen megvolt!
A Fizikai Szemle melléklete (2008 aug.) Horváth Dezso : A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 12/40
Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 13/40 A CERN 22 tagországa Izrael 2014 Románia 2015 Szerbia felvéve Ciprus, Ukrajna, Töröko., Pakisztán tagjelöltek Brazília, Szlovénia, Oroszo. jelentkeztek, tárgyalnak
A CERN és környéke Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 14/40
Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 15/40 A CERN kutatói (felhasználói) 2800 alkalmazott + 10500 kutató + 440 diák (Olasz > német > orosz > amerikai > francia)
Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 16/40 A CERN gyorsítói: múlt és jelen LEP: 1989 2000 LHC: 2009 2025?
Higgs-keresés az LHC-nál: megvan! Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 17/40
Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 18/40 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: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 19/40
Az LHC mágnesei összeszerelve Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 20/40
Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 21/40 Az LHC CMS detektora Compact Muon Solenoid: 14000 tonnás digitális kamera 100 M pixel, 20 M kép/mp, 1000 GB/mp adat Tárolás: 100...400 kép/mp szűrés!!
Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 22/40 A CMS-együttműködés, 2012 41 ország 179 intézménye 3275 fizikus (közülük 1535 diák) 790 mérnök és technikus Résztvevők intézmény országa szerint: USA: 1149, Olaszo.: 439, Németo.: 298, Oroszo.: 234 Útlevél szerint: USA: 707, olasz: 554, német: 315, orosz: 305 Magyar intézményből: 40, magyar útlevéllel: 44
Munka 160 müonkamrán Béni Noémi és Szillási Zoltán (Debrecen) Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 23/40
Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 24/40 HF: kvarcszálak acélban Minden CERN-es magyar fűzte Szálkalibráció kész darabon
A CMS mágnese Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 25/40
Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 26/40 Worldwide LHC Computing Grid A CMS-kísérlet fő WLCG-állomásai Magyar Tier-2: BUDAPEST (RMKI) (550 CPU, 260 TB tároló a CMS és ALICE VO számára) ATOMKI Tier-3: átadva 2012 nov. 2013: LHC Tier-0 egy része Wigner FK-ba települt!
Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 27/40 Viccek a Higgs-bozonról, előtte A bárba besétál egy Higgs-bozon. Azt mondja neki a csapos: Vigyázzon, magát sokan keresik! A bárba besétál egy Higgs-bozon. A csapos nem érti... Szeretnék végre látni egy jó Higgs-bozonos viccet. Biztosan létezik, de évekbe telhet, amíg rátalálunk A templomba besétál egy Higgs-bozon. Azt mondja neki a pap: Magát nem szívesen látjuk itt.. Mire ő: Pedig nélkülem itt soha nem lesz tömeg! Angolul: But without me how can you have mass? (Mass: súlyos tömeg, embertömeg, mise) A tárgyak tömege NEM a BEH-mechanizmustól van, csaknem tiszta energia!
Az LHC vezérlőterme, 2008.09.10 Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 28/40
CMS-esemény: H γγ jelölt Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 29/40
Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 30/40 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 (a kísérleti bizonytalanság ötszörösével kiemelkedve a háttérből) lát egy új H részecskét a SM Higgs-bozonjának megfelelő tulajdonságokkal. François Englert és Peter Higgs első találkozása
Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 31/40 CMS: H ZZ l + l l + l CMS : H ZZ l + l l + l animated
Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 32/40 Hogyan jutottunk idáig? CMS szándéknyilatkozat: 1992 (475 szerző) Technikai tervek (8 többszázoldalas mű): 1995 2005 Detektor jórészt felépítve a felszínen: 2000-2006 Leeresztés darabokban, összerakás, befejezés: 2006-2008 LHC elindul: 2008 (katasztrófa, javítás), majd 2009. 2010 2011: 7 TeV energia, 140-szeres adatmennyiség! 2011 2012: 7 8 TeV, ötszörös adatmennyiség! 2012: A Higgs-bozon felfedezése.
CMS-vezérlő, 2012 május 2, 15h 45p http://cms.web.cern.ch/content/cms-control-room-webcams DCS-koordinátor: Szillási Zoltán, ATOMKI; DQM-felügyelő: HD Ügyelet: Spanyol, holland, orosz, kínai, francia, magyar Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 33/40
Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 34/40 Fizikai Nobel-díj, 2013 A fizikai Nobel-díjat François Englert and Peter W. Higgs kapta azon mechanizmus elméleti felfedezéséért, amely hozzájárul ahhoz, hogy megértsük a szubatomi részecskék tömegének eredetét, és amelyet mostanában megerősített a megjósolt alapvető részecske felfedezésével a CERN Nagy hadron-ütköztetőjénél az ATLAS és CMS kísérlet. Rolf-Dieter Heuer, a CERN főigazgatója, bejelenti a Nobel-díjat az ATLAS és CMS közös irodaépületében.
Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 35/40 Viccek a Higgs-bozonról, utána A bárba besétál egy Higgs-bozon. Csapos: Mi van? mire ő: Én!! A Higgs-bozon felfedezése rossz viccek ősrobbanásához vezetett. A Higgs-bozon felfedezését a fizikusok tömegesen ünnepelték. A Higgs-mező szabályozása valóban lehetővé tenné a tömegpusztító fegyvereket. Nem tudom, mi a csuda az, de klassz, hogy felfedezték! Gondosan ellenőrizni kell. A múltkor is azt hittem, Higgs-bozont találtam az ágyam alatt, de csak egy üveggolyó volt. Összeveszett a top-kvark a Higgs-bozonnal. A kvark elrohant, mert a bozon csak a súlyát emlegette, semmi mást nem mondott magáról. Jó, hogy megvagy, Isten-részecske. Én csak egy átlagember vagyok, aki nem ért téged.
Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 36/40 Részecskefizikai módszerek haszna Világháló: CERN, 1989 nagyvilág: 1994 Müonspin-rezonancia módszere (kémia, szilárdtestfizika) Pozitronemissziós tomográfia az orvosi diagnosztikában Gyorsítók fele (cca. 7000!) gyógyászatban: hadronterápia Grid-hálózatok a számítástechnikában
Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 37/40 Éljen a kísérleti részecskefizika! Alapkutatás, közvetlen gyakorlati haszna nem várható. De élesíti az elmét, pedagógiai haszna óriási: Technika élvonala, gyári szervezettség Kreatív gondolkodásra serkent Az órási méretek miatt komoly technikai fejlesztéseket indukál: 100000 egyforma műszerre tender! Óriási apparátus munka kis csoportokban Élenjáró programozástechnikai gyakorlat: bankok előszeretettel alkalmaznak részecskefizikai doktorátust szerzett fizikusokat (rossz nyelvek szerint ennek köszönhető a jelenlegi világválság) Rengeteget dolgozunk, érdekes dolgokat csinálunk, világot látunk (és van, aki haza is jön idővel...) Meg van, aki Nobel-díjat kap
Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 38/40 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)
Köszönöm a figyelmet Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 39/40
Horváth Dezső: A Higgs-bozon felfedezése TIT, 2014.12.17. p. 40/40 Köszönetnyilvánítás Néhai Nemzeti Kutatási és Technológiai Hivatal Magyar Tudományos Akadémia OTKA K-103917 and K-109703 Megértő és segítőkész együttműködő partnereink