Alapvető szimmetriák kísérleti vizsgálata

Alapveto˝ szimmetriák kísérleti vizsgálata MTA, 2009. december 2. Horváth Dezs˝o MTA KFKI RMKI, Budapest és ATOMKI, Debrecen

Horváth Dezs˝o: Alapvet˝o szimmetriák kísérleti vizsgálata

MTA, 2009. december 2.

– p. 1

Bemutatkozás: honnan jövök Alacsonyenergiás neutronfizika: Kiss Ádám és Ádám András, ELTE+KFKI, 1969-70 (2 publikáció 7 hivatkozással, diplomamunka: 1970) Anyagvizsgálat pozitron-annihilációval: Kajcsos Zsolt, Dézsi István és Balogh Ádám, KFKI, 1971-74 (6 publ + 46 hiv, egyetemi doktori: 1974) Fizikai-kémiai vizsgálatok negativ pionokkal: V.I.Petruhin, V.M.Szuvorov és I.A.Jütlandov, Dubna és Gatcsina, 1974-82 (8 publ + 48 hiv, H-kötési modell és kandidátusi: 1979) Mössbauer-spektroszkópia amorf rendszereken: Nagy Dénes Lajos, RMKI, 1979-82 (7 publ + 27 hiv, 2 PhD) Egzotikus atomok és müon-katalizálta magfúzió: V. I. Petruhin (Dubna), Lévay Béla (ELTE), D.F.Measday és K.A. Aniol (TRIUMF); Dubna, Gatcsina és Vancouver, 1979-87 (31 publ + 297 hiv; fenom. modell, DSc: 1987) Kaonbefogás protonban → hiperonreakciók [Λ(1405)]: D.F.Measday (TRIUMF); B.L. Roberts (Boston U) és J. Lowe (Birmingham U), Vancouver és Brookhaven, 1986-91 (23 publ + 220 hiv) Horváth Dezs˝o: Alapvet˝o szimmetriák kísérleti vizsgálata


– p. 2

Bemutatkozás: hol tartok CPT-teszt antiprotonokkal: G. Torelli, Pisa; J. Eades, CERN; T. Yamazaki, R. S. Hayano és M. Hori, Tokió; E. Widmann, CERN és SMI; Barna Dániel és Zalán Péter, RMKI; CERN, 1989– (62 publ + 493 hiv, 1 - 1 ELTE és DE diplomamunka és 1 DE PhD) Higgs-bozonok keresése a LEP-nél: Igó-Kemenes Péter, Hajdu Csaba, Pálinkás József és Pásztor Gabriella, OPAL, 1995-2008 (27 publ + 1186 hiv, 1 - 1 ELTE diplomamunka és PhD) ˝ Hadronképzodés γ − γ ütközésben: Thorsten Wengler és Trócsányi Zoltán, OPAL, 1998-2009 (10 publ + 143 hiv, 3 diplomamunka (BME, DE) és 2 PhD (DE)) ˝ A Standard modell kísérleti ellenorzése, Trócsányi Zoltán, G. Bella (és az OPAL együttmuködés), ˝ 1995-2009 (245 publ + 5707 hiv, 1 BME diplomamunka) Szuperszimmetrikus részecskék keresése az LHC-nál: Maria Spiropulu és ˝ 2 publ + 97 hiv) Veszprémi Viktor, CMS, 2005– (sok eloadás, Horváth Dezs˝o: Alapvet˝o szimmetriák kísérleti vizsgálata


– p. 3

A kísérleti technika fejlesztése Mérésvezérlo˝ és adatkezelo˝ programok: Mindenkivel, mindenütt, folyton (külön nem publikálva) Mössbauer spektrométer konverziós elektronokkal: Fehér Sándor, RMKI, 1980-82 (1 szabadalom) Szcintillációs fal építése (scint. tile, OPAL Time-of-flight Endcap): A. Ball, OPAL, CERN, 1995-98 (1 publ., 2 hiv.) Lassú részecskenyaláb fejlesztése (CERN és PSI): G. Torelli, INFN Pisa; L.M. Simons, PSI és Y. Yamazaki, RIKEN, 1989– (14 publ + 53 hiv, 1 DE diplomamunka) A BUDAPEST grid-állomás fejlesztése: Debreczeni Gergely, Hajdu Csaba és Hernáth Szabolcs, RMKI, 2003– ˝ (eloadások és ism-terj. cikkek) ˝ Nemzetközi lineáris ütközteto: ˝ 2 publ + 21 hiv) R. Heuer és A. Wagner, DESY, 2005- (tervekrol



– p. 4

CPT -invariancia A térelmélet alaptétele: CPT |p(r,t)> = |p(−r, −t)> ∼ |p(r,t)> azaz szabad antirészecske ∼ részecske, ˝ amely téridoben visszafelé mozog. CPT sérülése sértené: a kölcsönhatások lokalitását azaz a kauzalitást, vagy unitaritást, az anyag, információ, ... megmaradását, vagy a Lorentz-invarianciát. ˝ De az osrobbanás után miért maradt vissza anyag, miért nincsenek antianyag-galaxisok? ˝ Vannak CPT –sérto˝ modellek ⇒ ellenorizni Kísérlet: részecske = – antirészecske ? Horváth Dezs˝o: Alapvet˝o szimmetriák kísérleti vizsgálata


– p. 5

A CERN antiproton–lassítója (AD) ˝ a CPT–invariancia ellenorzésére épült Három CPT–kísérlet az AD-nál: ATRAP: q(p)/m(p) ↔ q(p)/m(p) H(2S − 1S) ↔ H(2S − 1S) ALPHA: H(2S − 1S) ↔ H(2S − 1S) ASACUSA: q(p)2 m(p) ↔ q(p)2 m(p) µℓ (p) ↔ µℓ (p) Vörös: muködik, ˝ zöld: tervben ASACUSA: Atomic Spectroscopy And Collisions Using Slow Antiprotons (Tokió, Aarhus, Bécs, Brescia, Budapest, Debrecen, München) R. S. Hayano, M. Hori, D. Horváth, E. Widmann: Antiprotonic helium and CPT Invariance, Repts Prog. Phys. 70 (2007) 1995-2065. ˝ Zalán Péter (RMKI) Barna Dániel, Horváth Dezso, ˝ Juhász Bertalan (ATOMKI → SMI, Bécs), Tokési Károly (ATOMKI) Sótér Anna (ELTE, diplomamunkás ⇒ LMU, München) Horváth Dezs˝o: Alapvet˝o szimmetriák kísérleti vizsgálata


– p. 6

Particle Physics Review, 2008

M. Hori, ..., B. Juhász, D. Barna, D. Horváth: Phys. Rev. Lett. 96 (2006) 243401.

Jelenleg: kétfotonos, Doppler-mentes spektroszkópia Horváth Dezs˝o: Alapvet˝o szimmetriák kísérleti vizsgálata


– p. 7

+

µ(p): vonal-felhasadás pHe -ban −

−

F ’=L’−1/2

F ’=L’−1/2

(n’,L’)

(n’,L’) −+

J =L

F−=L−1/2

J−+=L

F−=L−1/2

−−

J =L−1

(n,L)

+

F ’=L’+1/2

F−=L−1/2

−+

J =L −−

J =L−1

−−

J =L−1

(n,L)

(n,L)

+

F ’=L’+1/2

νHF+

f+

++

F+=L+1/2

J+−=L

Step 1: depopulation of F+ doublet with f+ laser pulse

f+

νHF−

J = L+1

J++= L+1 F+=L+1/2

++

J = L+1 F+=L+1/2

+−

J =L

J+−=L

Step 2: equalization Step 3: probing of population of populations of of F+ doublet with 2nd f+ F+ and F- by laser pulse microwave 1.15

T. Pask, D. Barna, A. Dax, R.S. Hayano, M. Hori, D. Horváth, B. Juhász, C. Malbrunot, J. Marton, N. Ono, K. Suzuki, J. Zmeska1, E. Widmann: J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 41 (2008) 081008.

ν−HF

1.10

R++/R++off

Mágneses momentumok µ(p) ∼ µ(p) ⇒ CPT-invariancia OK

ν+HF

1.05

1.00

0.95 12.86

12.88

12.90

12.92

12.94

12.96

νMW (GHz)

Thomas Pask: PhD-dolgozat, Bécs, 2009.

Mikrohullámú frekvencia-spektrum



– p. 8

MUSASHI: lassú antiproton–nyaláb Monoenergetic Ultra Slow Antiproton Source for High–precision Investigations

5.8 MeV p AD ⇒ RFQ (2000) 100 keV p RFQ ⇒ csapda (2001) 5 × 106 p csapdában hutve ˝ (2002) > 5 × 105 lassú p kivezetve (2004) > 5 × 105 p FWHM ∼ 3 mm (2008) Cél: atom- és magfizika, QCD, H N. Kuroda, ..., B. Juhász, D. Horváth, ..., Y. Yamazaki: Phys. Rev. Lett. 94 (2005) 023401. N. Kuroda, ..., D. Barna, ... D. Horváth, ..., Y. Yamazaki: Phys. Rev. Lett. 100 (2008) 203402. Horváth Dezs˝o: Alapvet˝o szimmetriák kísérleti vizsgálata


– p. 9

A Standard Modell állatkertje és felépítése

Mértékelmélet: Lokális szimmetria ⇒ kölcsönhatás Spontán szimmetriasértés ⇒ tömegek, kiszámíthatóság Horváth Dezs˝o: Alapvet˝o szimmetriák kísérleti vizsgálata


– p. 10

A Standard Modell diadalútja Measurement

Fit

(5) ∆αhad(mZ)

0.02758 ± 0.00035 0.02768

mZ [GeV]

91.1875 ± 0.0021

91.1874

ΓZ [GeV]

2.4952 ± 0.0023

2.4959

0 σhad

41.540 ± 0.037

41.478

20.767 ± 0.025

20.742

[nb]

Rl 0,l

Afb

Al(Pτ) Rb

meas

|O 0

fit

meas

−O |/σ 1 2

3

2009 nyarán valamennyi kísérlet ˝ sokszáz eredményébol

0.01714 ± 0.00095 0.01645 0.1465 ± 0.0032

|Mért–számolt|/szórás

0.1481

0.21629 ± 0.00066 0.21579

Rc

0.1721 ± 0.0030

0.1723

0,b Afb 0,c Afb

0.0992 ± 0.0016

0.1038

0.0707 ± 0.0035

0.0742

Ab

0.923 ± 0.020

0.935

Ac

0.670 ± 0.027

0.668

0.1513 ± 0.0021

0.1481

sin θeff (Qfb) 0.2324 ± 0.0012

0.2314

mW [GeV]

80.399 ± 0.023

80.379

ΓW [GeV]

2.098 ± 0.048

2.092

LEP elektrogyenge munkacsoport:

mt [GeV]

173.1 ± 1.3

173.2

http://lepewwg.web.cern.ch/

Al(SLD) 2 lept

August 2009

Egyetlen adat 2-szeres szórás fölött: e+ e− → Z → bb¯ ˝ elore-hátra aszimmetriája

0

1

2

3



– p. 11

A Standard Modell problémái Aszimmetriák: jobb ⇔ bal világ ⇔ antivilág Sötét anyag és energia ?? Az Univerzum tömegének 4%-a közönséges anyag (csillag, gáz, por, ν), 23 %-a láthatatlan sötét anyag, 73 %-a rejtélyes sötét energia Természetesség: A Higgs-bozon tömege divergál, fermion-bozon szimmetria eltuntetné. ˝ Gravitáció: nem illik a másik három kölcsönhatás rendszerébe. A problémákat mind megoldaná, ha a fermionok és bozonok párban léteznének, azonos tulajdonságokkal (tömeg, töltés) A szuperszimmetria nyilvánvalóan sérül: nincsenek ilyen részecskék, vagy nagyon nagy a tömegük Horváth Dezs˝o: Alapvet˝o szimmetriák kísérleti vizsgálata


– p. 12

Omni–Purpose Apparatus for LEP ˝ 421 publikáció, 12215 független hivatkozás (SPIRES) 310 résztvevo, OPAL 1989– 2000

Csilling Ákos

RMKI

2000

γγ

Dienes Beatrix

DE→ATOMKI

1997

QCD

Hajdu Csaba

RMKI

1995

H±

Horváth Dezso˝

RMKI & ATOMKI

1995

H± , lumi, PE, TE

2003-05

γγ

Magyar Hudácskó Attila DE ˝ résztvevok: Igó-Kemenes Péter Heidelberg ˝ ifj. Krasznahorkay Attila DE→ATOMKI (1995-tol) diplomamunkás doktorandusz OPAL– PhD

H± 2003

γγ

Pálinkás József

DE & ATOMKI→DE 1995-2000 QCD

Patay Gergely

BME

2004-06

TGC

Pásztor Gabriella

ELTE→RMKI

1995

H±

Trócsányi Zoltán

DE & ATOMKI

1997

QCD

Ujvári Balázs

DE

2001

γγ

Vértesi Róbert

BME→DE→RMKI

2002

γγ



– p. 13

Az OPAL publikációs aktívitása, 2001

A csoportok közötti versenyt 2002-ben végleg megnyertük



– p. 14

Töltött Higgs–bozon a LEP-nél LEP: keltés párban (ha egyáltalán): Bomlás nehéz fermionra:

e+ e− → H+ H−

H+ →qq′ (∼ cs) vagy τν

Három csatorna ⇒ három analízis:  + ν τ− ν  τ τ τ (leptonos : Manchester)   e+ e− →H+ H− → τ+ ντ cs + τ− ντ cs (vegyes : Hajdu Csaba)    cscs (hadronos : HD) Összesítés: Pásztor Gabriella



– p. 15

+

−

H H →qqqq, 189-209 GeV 10 3

10 2

M(H± ) = 60 GeV

+

-

Events / 2 GeV

Events / 0.05

OPAL Preliminary: H H → qqqq, 189 - 209 GeV 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

10 Signal*100 MH± = 60 GeV

M(H± ) = 75 GeV

Events / 0.05

0

0.2

0.4

0.6

0.8 1 Likelihood

Events / 2 GeV

1

10 2

MH± = 60 GeV

OPAL data (595) 4-fermion 2-fermion Signal (60 GeV) SM bgr = 587.0 Signal = 124.6

60 80 100 Reconstructed mass (GeV)

140

MH± = 75 GeV

120

Data = 1100 SM bgr = 1117.8 Signal = 62.1

100 80 60

10

40

Signal*100 MH± = 75 GeV

20

1 0

0.2

0.4

0.6

0.8 1 Likelihood

0


60 80 100 Reconstructed mass (GeV) MTA, 2009. december 2.

– p. 16

Nem találtunk új fizikát a LEP-nél, építsünk LHC-t!



– p. 17

Worldwide LHC Computing Grid A CMS-kísérlet fo˝ WLCG-állomásai

RMKI Tier-2: 426 CPU + 144 TB a CMS, ALICE és Hungrid VO számára Horváth Dezs˝o: Alapvet˝o szimmetriák kísérleti vizsgálata


– p. 18

RMKI grid: 2009. nov. 9–29. Az RMKI Tier-2 állomása Készenlét és muködés: ˝ 98% - 100% A legjobb CMS-T2 novemberben 2.-3. helyezett: T2_RU_JINR és T2_TW_Taiwan



– p. 19

Szuperszimmetria (SUSY) keresése Jel: SUSY-pár részecskéi → fermion + könnyebb SUSY → ... → fermionok + legkönnyebb SUSY-részecske Fermionsorozat hiányzó energiával Mérés valamennyi modell valamennyi paraméterértékére?? Együttmuködés ˝ elméleti kollégákkal: ˝ kiválasztott jellemzo˝ pontok ellenorzése Adott modell és paraméterek ˝ ⇒ számszeru˝ elorejelzés a SUSY-tulajdonságokra és a reakciók valószínuségeire ˝ ˝ ⇒ kísérletileg ellenorizhet o˝ az LHC-nál! Jómagam: új algoritmus a legkönnyebb SUSY-kvark (t˜) keresésére Horváth Dezs˝o: Alapvet˝o szimmetriák kísérleti vizsgálata


– p. 20

Elveszett (vagy véletlen) szimmetriák? ˝ abszolút, nem sérül CPT invariancia: alapveto, P, CP: gyenge kölcsönhatásban sérül Higgs-mechanizmus spontán szimmetriasértés rendbehozza az elektrogyenge kölcsönhatást létrehozza a fermiontömegeket és a Higgs-bozont Szuperszimmetria? Szép elmélet, megoldja a Standard Modell problémáit Alacsony energián sérül, mert nem látjuk a részecskéit Frank Wilczek: „.. the fundamental equations of physics have more symmetry than the actual physical world does” Steven Weinberg: „.. the effective Lagrangian automatically obeys one or more symmetries, which are not symmetries of the underlying theory...” Horváth Dezs˝o: Alapvet˝o szimmetriák kísérleti vizsgálata


– p. 21

Köszönetnyilvánítás OTKA, NKTH, TéT EU FP6 és FP7 ASACUSA, OPAL és CMS együttmuködés ˝



– p. 22

Köszönöm a figyelmet



– p. 23

Alapvető szimmetriák kísérleti vizsgálata

Recommend Documents