Kísérleti és elméleti TDK a nagyenergiás magfizikai területein Magyar ALICE Csoport & REGARD Téridő: Budapest, 2014. április 25. Web: http://alice.kfki.hu Vezető: Barnaföldi Gergely Gábor CERN LHC ALICE, MTA Wigner FK RMI
Tartalom A CERN kutatóközpont LHC a Nagy Hadronütköztető ALICE kísérleti együttműködés A Magyar ALICE Csoport és a REGaRD TDK irányok, lehetőségek
Egyre jobb mikroszkópokkal vizsgálódunk... és ha ezek nem elég kicsik...
Milyenek a részecskék?
A CERN kutatóközpont
A CERN - már név is titokzatos Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, or European Council for Nuclear Research - 1952 European Organization for Nuclear Research -1954 European Laboratory for Particle Physics Európai Részecskefizikai Laboratórium The Organization shall provide for collaboration among European States in nuclear research of a pure scientific and fundamental character (...). The Organization shall have no concern with work for military requirements and the results of its experimental and theoretical work shall be published or otherwise made generally available. Barnaföldi G.G.: TDK lehetőségek a Magya CERN Convention, 1954 r ALICE Csoportnál
Kutatások a CERN-ben Alapkutatás - nagyenergiás mag- és részecskefizika Részecskefizikai modellek tesztelése (SUSY keresés) Magfizikai modellek tesztelése (Kvark-Gluon Plazma vizsgálata) Antianyag előállítása (miért nem szimmetrikus az anyag) Új fizikai modellek keresése (extra dimenziók, húrmodell, stb.) Alkalmazott kutatás detektorfejlesztés (K+F) Anyagtudomány és szilárdtestfizika (szupravezető anyagok) Mérnöki tudományok (extrém mechanikai rendszerek) IT mérnök (extrém körülmények + gyors adatfeldolgozás) IT (elosztott számítási rendszerek, GRID, szuperszámítógépek)
Magyarország és a CERN A magyar CERN tagság 1992-től Állami részvétel: 1%-ban CERN tulajdonosok vagyunk Csatlakozás nemzetközi kísérleti együttműködésekhez 50-60 magyar áll kapcsolatban (kutatóintézrtek, egyetemek) 2-3 diák, 15 kutató, mérnök, IT szakember (CERN-es állásban) 20-30 diák ill. 10-20 fizika tanár látogatása évente 1-3 ipari partner évente (sajnos kevés) Magyarok a CERN-ben... Intézetek, intézeti csoportok önálló részvétele MTA KFKI RMKI, ELTE, ATOMKI, BME Korábban: NA49 (Budapest fal), OPAL (LEP) Jelenleg: ASACUSA, ALICE, CMS, TOTEM, WLCG, A CERN Budapesten: TIER-0 adatközpont
LHC Nagy Hadronütköztető
Nos, a svédek szerint... HADRON ÜTKÖZTETŐT a HADRON ÜTKÖZTETŐ-boltból...
Földi részecskegyorsítók LBL FNAL DESY BNL GSI DUBNA CERN SLAC KEK
A LEP/LHC alagút elhelyezkedése 4.3 km sugarú kör 27 km kerületű 30 000 tonna fém 1.9 K hőmérsékleten A CERN az Univerzum leghidegebb pontja! Barnaföldi G.G.: TDK lehetőségek a Magya r ALICE Csoportnál
Az LHC alagútja 27 km kerület, 50 127 méter mélyen, 3.8 méter átmérőjű alagút Proton (7 TeV) vagy nehézion (2.75 TeV/n) nyalábok 4 perc 20 másodperc töltési idő 20 perc gyorsítás
Részecskegyorsítók 1930 vs. 2010 Az első ciklotron: Lawrence 1930 Átmérő 12 cm Energia 80 kev 8.6 km 7 TeV 105 108 Stáb 1+1 fő 2500+7500 fő 104 Fogy ár 150 108 15 Mrd Az LHC komplexuma 2010
Az ALICE kísérleti együttműködés
Az LHC és legnagyobb kísérletei ATLAS CMS ALICE
Szolenoid mágnes 0.5 T Kozmikus sugárzás trigger Forward detektorok PMD FMD, T0, V0, ZDC Specializált detektorok HMPID PHOS Központi nyomkövető rendszer MUON Spektrométer ITS elnyelő anyagok TPC nyomkövetők TRD trigger kamrák TOF dipól mágnes
Az Univerzum fejlődése... Az első 3 perc
Az Univerzum fejlődése... Az első 3 perc 13,6 Mrd év
A korai Univerzum anyaga: forró sűrű ősanyag proton-proton ólom-ólom Kvark Gluon Plazma (QGP): proton-proton vs. ólom-ólom forró, színes (kvark+gluon) a tökéletes folyadék... Barnaföldi GG: Ahol a Gigabit sem elég... 20
A korai Univerzum anyaga: forró sűrű ősanyag proton-proton ólom-ólom Kvark Gluon Plazma (QGP): proton-proton vs. ólom-ólom forró, színes (kvark+gluon) a tökéletes folyadék... Barnaföldi GG: Ahol a Gigabit sem elég... 21
Magyar részvétel az ALICE kísérletben TPC R&D Theory CRU R&D Analysis 4 44 Detector R&D ALICE Tier2 DAQ UG Barnaföldi GG: Ahol a Gigabit sem elég... 22
Elméleti: az Univerzum anyaga Kvark Gluon Plazma (QGP) az BNL RHIC gyorsítóban már erős szignaturát adott: forró, színes (kvark+gluon) a tökéletes folyadék részecskezáporok elnyomása PbPb: ALICE, CMS (ATLAS)
Informatika: Big Data, parallel computing 1991 Tim Berners-Lee (info.cern.ch) 1994 WWW W3C konzorcium A GRID: WLCG Worldwide LHC GRID Computing Budapest T0: 20 000 core, T2: 500 core, 200TB
Big Data Bigger Data Barnaföldi GG: Ahol a Gigabit sem elég... 25
Big Data Bigger Data Barnaföldi GG: Ahol a Gigabit sem elég... 26
ALICE DAQ: Információs versenypálya ALICE DAQ/DDL adatgyűjtő/továbbító rendszer A frontend elektronikák (FEE) és a adatgyűjtó számítógépek közötti kapcsolat a Detektor Data Link (DDL) és a Roead-Out Receiver Carc (RORC) Barnaföldi GG: Ahol a Gigabit sem elég... 27
Alkalmazott kutatás: kozmikus sugárzás Primer kozmikus sugárzás: A világűrből érkező nagyenergiás részecskék Elsősorban p (89%), He2+ (10%), e-, egyéb magok (1%) Akár 1020 ev energiával is. Szekunder részecskék Pionokat, kaonokat keltenek Elektronokká, müonokká bomlanak Müon: egyszeres negatív töltés, 200 szoros elektron tömeg: μ
A REGARD müontomográf ALICE LHC fejlesztés mellékterméke... 4 közelkatódos kamra (CCC) Érzékeny felület: 32 cm x 32 cm Hermetikus plexi dobozban Könnyen kezelhető: térfogat: 51 x 46 x 32 cm3 Teljes súly: 13 kg DAQ rendszer Egyszerű: LCD, SD kártya Barnaföldi GG: Föld Napja 2014.04.25
A müontomográfos méréseink Labor (0 m): > 100 nap, > 100 M müon esemény Jánossy akna (-10, -20, -30 m): 15 nap, 2 M müon esemény Molnár János-barlang (-45 m): 77 nap, 110 k müon esemény Ajándék-barlang (-60 m): 50 days, 170 k müon esemény Pilis-hegység (0 m): 1nap, 300 k müon esemény Kőbánya, Dreher (-20 m): 40 nap, 500 k müon esemény Barnaföldi GG: Föld Napja 2014.04.25
Molnár János barlang.
Pilis, Ajándék barlang
Kőbánya alagútrendszere feletti anyag Barnaföldi GG: Föld Napja 2014.04.25
Jánossy akna, KFKI Csillebérc
Drezda, Felsenkeller
Egy fontos kérdés amire még nem gondoltok... Van-e jövője nagyenergiás magfizikának?
Egy részecskegyorsító 10-15 év Hozam Van-e jövője a nagyenergiás fizikának? Lesz-e munkám az LHC után? Ha csak RAJTUNK múlik: CERN SPS RHIC BNL, LEP LHC Kozmikus SPS ~20 GeV ~100 GeV ~10 TeV ~1 EeV Van még felfelé - legalább is energiában csak most ritkán. LEP RHIC LHC A kozmikus részecskék gyakorisága Már tervezzük a következőt: elhc SLHC Energia
A jövő részecskegyorsítói LHC
Ütközési energia [GeV] Földi részecskegyorsítók Indulás éve
Léteznek-e nagyobb energiájú részecskék? SPS Hozam LEP RHIC LHC A kozmikus részecskék gyakorisága Energia
A Magyar ALICE Csoport és a REGaRD
TDK lehetőségek: Magyar ALICE Csoport Elméleti Nagyenergiás magfizika (Barnaföldi GG) VHMPID detektorfejlesztés (Varga D, Hamar G) HMPID/VHMPID adatanalízis (Barnaföldi GG, Molnár L) DAQ (GPU) adatfeldolgozó rendszer (Dénes E, Kiss T) WLCG GRID rendszerek (Barnaföldi GG) REGARD detektorfejlesztés (K+F) Gáztöltéű detektorok fejlesztése (Varga D, Hamar G) NA61 shine kísérlet (Varga D, Hamar G, Láaszló A) Alkalmazott kutatások müontomográfia, radon mérés, etc..
Elérhetőségek: Magyar ALICE Csoport (http://alice.kfki.hu) Barnaföldi Gergely Gábor (barnafoldi.gergely@wigner.mta.hu) MTA Wigner FK RMI Hamar Gergő (hamar.gergo@wigner.mta.hu) MTA Wigner FK RMI REGARD Csoport (http://regard.kfki.hu) Varga Dezső (dezso.varga@cern.ch) ELTE TTK KRFT Hamar Gergő (hamar.gergo@wigner.mta.hu) MTA Wigner FK RMI