A CERN, az LHC és a vadászat a Higgs bozon után
Genf
European Organization for Nuclear Research
●
20 tagállam (Magyarország 1992 óta) CERN küldetése:
on ati uc Ed
on
●
Alapítva 1954-ben
Inn ov ati
●
CERN
uniting people Research
CERN számokban ●
●
2400 alkalmazott 12000 tudós jár dolgozni minden nap
●
608 egyetemről
●
113 nemzetből
●
●
5 Nobel-díj CERN-ben kutatóknak World Wide Web születési helye
Fő kérdések ●
●
●
Miből épül fel az Univerzum? Hogyan működik az Univerzum? Az Univerzum története → magfizika, részecskefizika, asztrofizika, kozmológia
Mi van a CERN-ben? válogatás a kísérletekből és gyorsítókból ISOLDE (On-Line Isotope Mass Separator) különböző rövid életű radioaktív izotópokat állítanak elő protonok ütköztetésével
PS (Proton Synchrotron) 1959 óta gyorsít protonokat a Booster-ből illetve ionokat a LEAR-ből (Low Energy Ion Ring)
Mi van a CERN-ben? válogatás a kísérletekből és gyorsítókból
nTOF (neutron time-of-flight) adja a neutronforrást nukleáris asztrofizikai, reaktorfizikai és orvosi fizikai kutatásokhoz
AD (Antiproton Decelerator) körüli kísérletek (ATHENA, ATRAP, ALPHA, ASACUSA) az antianyagot tanulmányozzák
Mi van a CERN-ben? válogatás a kísérletekből és gyorsítókból SPS (Super Proton Synchrotron): a 7 km kerületű gyorsító gyűrű, 1317 hagyományos (szobahőmérsékletű) elektromágnesből épül fel, és 1976 óta gyorsítja a protonokat és az ionokat
WA98
Mi van a CERN-ben? válogatás a kísérletekből és gyorsítókból CNGS (CERN neutrinos to Gran Sasso) müon-neutrínók nyalábját küldik az olasz Gran Sasso alagútban lévő laboratóriumba
OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) kísérlet a müon-neutrínók tauneutrínóvá oszcillálását vizsgálják
Nagy Hadron Ütköztető = LHC ●
27 km kerületű
●
~100 m mélyen
●
4 ütközési pont
●
7 TeV energiájú proton nyalábok ütköznek 2010 óta, idén 8 TeV
TeV (tera-elektronvolt) = 1012 eV = 1,6×10-19×1012 J eV = egy elektron ennyi energiát nyer, ha egy V feszültséggel felgyorsítjuk
Nagy Hadron Ütköztető = LHC ●
●
●
Két nyalábcsőben egymással ellenkező irányban köröznek a nyalábok majdnem fénysebességgel 1232 db 15 m hosszú szupravezető dipól és 392 kvadrupól mágnes tartja körpályán és egyben a nyalábokat -271 °C hőmérsékleten tartják a nyalábokat folyékony héliummal
LHC – nagy kísérletek
CMS
LHCb
ALICE ATLAS
A large Toroidal LHC ApparatuS
Több, mint 3000 fős kollaboráció (172 intézményből, 37 országból) dolgozik a detektor építésén, működtetésén, fejlesztésén és az adatok feldolgozásán Célja még ismeretlen fizikai jelenségek felfedezése pl. Higgs bozon, extra dimenziók, sötét anyag
Legnagyobb méretű részecskefizikai detektor a világon
A large Toroidal LHC ApparatuS
Compact Muon Solenoid >3000 fős kollaboráció Célja új fizikai jelenségek felfedezése Központi része a szupravezető szolenoid alakú elektromágnes → 4 Tesla mágneses tér Legnehezebb detektor → 12500 tonna a mágneses teret bezáró lágyvas miatt
Felszínen rakták össze és 15 darabban eresztették le a 100 m mélyen lévő barlangba
CMS detektor részei Szilícium nyomkövető detektor → töltött részecskék pályáját és impulzusát méri Elektromágneses kaloriméter → az elektronok és fotonok elnyelésével méri az energiájukat Müon detektorok → müonok azonosítása, pálya és impulzus mérése
Hadronikus kaloriméter → hadronok (neutronok, protonok, pionok, kaonok) energiáját méri
CMS detektor működése hagymahéj szerkezet
A Large Ion Collider Experiment Nehéz-ion kísérlet → célja az ólom atommagok ütközése során létrejövő anyag vizsgálata →forró “kvark-gluon plazma” ami az Ősrobbanás utáni pillanatokban lehetett az Univerzum állapota >1000 fős nemzetközi kollaboráció Különlegességei: a hatalmas időprojekciós kamra (TPC), mely az ütközésben keletkezett több, mint tízezer részecske pályáját méri, és az, hogy az L3 nevű LEP (Large Electron Positron collider) kísérlet mágnesébe építették.
A Large Ion Collider Experiment
Large Hadron Collider beauty ~700 fős kollaboráció Célja a b kvark tanulmányozása és ezzel az Univerzum anyag mivoltának megértése A keletkezett b kvarkok elbomlanak az ütközési ponttól néhány száz μm-re → jó “vertex detektor” Nem veszi körbe az ütközési pontot, hanem az előre szóródott részecskékre specializálódott
LHCb DELPHI kísérlet barlangjában
Mozgatható vertex detektor (VELO)
LHC – kisebb kísérletek LHCf = Large Hadron Collider forward → az ATLAS ütközési pontjától néhány száz méterre TOTEM = TOTal Elastic and diffractive cross section Measurement → a CMS ütközési pont körül, 440 m hosszú
Miért építünk ekkora gyorsítókat és detektorokat? Betekintés a mai részecskefizikába
Építőköveink
Az erős kölcsönhatás Kvarkok és gluonok ●
●
●
●
●
6 féle kvark, 3 féle szín Csak színtelen részecskéket figyelhetünk meg, szabad kvarkot nem Gluonok tartják össze a kvarkokat → hadronok Mezonok → kvark-antikvark párból felépülő színtelen részecskék pl. π±,0 (pionok), K±,0 (kaonok), J/Ψ, ... Barionok → 3 db kvarkból épülnek fel pl. proton, neutron, Λ, Δ, Ω, ...
Az elekromágneses kölcsönhatás ●
●
Töltött részecskék (elektron, müon, proton, pion, stb.) között foton közvetítésével Végtelen hatótávolságú, de nagyságrendekkel gyengébb, mint az erős kölcsönhatás
Gyenge kölcsönhatás ●
●
●
●
●
Ebben már a neutrínók is részt vesznek Közvetítői tömeges vektorbozonok (W± és Z) Hatótávolsága 10-18 m Leggyengébb a 3 Standard modellbeli kölcsönhatás közül Radioaktív β-bomlásért felelős
Kivétel: a negyedik alapvető kölcsönhatás a gravitáció ●
●
Nincs benne a Standard modellben A leggyengébb mind közül, nem játszik szerepet a kísérletekben
Nagyon precízen ismert elmélet
A hiányzó elem a Higgs bozon ...
Higgs részecske keresése
●
Már csak 116 és 127 GeV/c2 között lehet
Nehéz-ion ütközések
●
●
Ólom atommagok ütköznek majdnem fénysebességgel Új típusú anyag jön létre → nagyon sűrű és nagyon forró → az Univerzum kezdeti állapotát lehet vizsgálni
Univerzum anyaga
Megválaszolatlan kérdések: ●
Hova lett az antianyag?
●
Mi az a sötét anyag?
●
Mi az a sötét energia?
Az előadás elérhető itt: annazsigmond.web.elte.hu
Köszönöm a figyelmet!
Kérdések?
