Az LHC és a Higgs-bozon

Az LHC és a Higgs-bozon Bolyai Kollégium fizikus szakszemináriuma 2008. nov. 5. Horváth Dezso˝ MTA KFKI Részecske– és Magfizikai Kutatóintézet, Budapest és ATOMKI, Debrecen

Horváth Dezs˝o: Az LHC és a Higgs-bozon

Bolyai Kollégium, 2008.11.05.

1. dia – p. 1/69

Az LHC és a Higgs-bozon A Standard modell Higgs-bozonja A Higgs-bozon lehetséges keletkezése és bomlása ˝ Higgs-keresés a nagy elektron-pozitron ütköztetonél ˝ Higgs-keresés a nagy hadronütköztetonél (LHC) Két Higgs-dublett Töltött és semleges Higgs-bozonok keresése A Nagy hadron-ütközteto˝ (LHC) és kísérletei Fekete lyukak? 2008. szept.: siker és baleset origo.hu: sok jó LHC-cikk (Simon Tamás, Jéki László, Jónás Katalin)



2. dia – p. 2/69

Szimmetriák a részecskefizikában fontosabbak, mint kémiában vagy szilárdtestfizikában Noether–tétel: Globális szimmetria ⇒ megmaradási törvény Eltolás térben ⇒ impulzus ˝ Eltolás idoben ⇒ energia Forgatás ⇒ impulzusmomentum Elektromágneses mérték- ⇒ töltés Mértékelmélet: Lokális szimmetria ⇒ kölcsönhatás Lokális szimmetria: pontról pontra, meghatározott módon módosuló Spontán szimmetriasértés (Higgs-mechanizmus) ⇒ tömegek, kiszámíthatóság



3. dia – p. 3/69

Spontán szimmetriasértés ⇒ tömeg

Szabad fermion

Higgsbozon

David J. Miller és CERN: http://www.hep.ucl.ac.uk/∼djm/higgsa.html Horváth Dezs˝o: Az LHC és a Higgs-bozon


4. dia – p. 4/69

A SM Higgs–bozonja A Standard modell Higgs–mechanizmusa: V

Vákuum + komplex dublett–tér → + 4 szab. fok ± , Z) + H → 3 tömeg (WÃ ! 0 Vmin at φ = v v ∼ 246 GeV = vákuum-beli várható érték

0

φ

V

Spin nélküli, semleges, nehéz részecske Renormálás skalár részecskéje, kvantumszámok nélkül

−v

0 +v

φ

Létezik? SM: muszáj!



5. dia – p. 5/69

A SM Higgs–bozonja A SM megadja a keletkezési és bomlási valószínuségeit. ˝ ˝ pl. fermion–párra bomlásé Minden tömegfüggo, Nc g2 m2 f

Γ(H→f f ) = 32πm2 β 3 mH W Nc színek száma (leptonok: 1; kvarkok: 3) g 2 ∼ 0.425 csatolási állandó 2

m2 f

β = 1 − 4 m2 fermion–sebesség (c = 1). H

˝ Legnehezebb részecskék elonyben Tömeget a SM nem jósol, csak limitál: 30 GeV < mH < 500 GeV (unitaritás!) Ha a SM perturbatív EGUT = 1016 GeV-ig: 130 GeV < mH < 190 GeV (GUT: Grand Unification Theory) Horváth Dezs˝o: Az LHC és a Higgs-bozon


6. dia – p. 6/69

Amit mérünk: hatáskeresztmetszet 111 000 000 111 000 111 000 111 000 111 000 111 000 111

1111 0000 0000 1111 0000 1111 0000 1111 0000 1111 0000 1111 0000 1111 0000 1111 1111 0000 0000 1111 0000 1111 0000 1111 0000 1111 111 000 000 111 000 111 000 111 000 111 000 111

1111 0000 0000 1111 0000 1111 0000 1111 0000 1111 0000 1111

1111 0000 0000 1111 0000 1111 0000 1111 0000 1111 0000 1111 0000 1111

0000 1111 1111 0000 0000 1111 0000 1111 0000 1111 0000 1111 0000 1111 111 000 000 111 000 111 000 111 000 111 000 111 111 000 000 111 000 111 000 111 000 111 000 111 000 111

111 000 000 111 000 111 000 111 000 111 000 111

1111 0000 0000 1111 0000 1111 0000 1111 0000 1111 0000 1111 111 000 000 111 000 111 000 111 000 111 000 111 1111 0000 0000 1111 0000 1111 0000 1111 0000 1111 0000 1111 1111 0000 0000 1111 0000 1111 0000 1111 0000 1111 0000 1111 000 111 000 111 000 111 000 111 000 111 000 111 1111 0000 0000 1111 0000 1111 0000 1111 0000 1111 0000 1111 0000 1111

1111111111111111111111 0000000000000000000000 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111 0000000000000000000000 1111111111111111111111

Bombázó részecskenyaláb Céltárgy részecskéje

σ = W/Φ átmeneti valószínuség/fluxus ˝ Egysége: 1 barn = 10−28 m2 (1 pb = 10−40 m2 )

Fluxus = részecskék sürüsége×sebessége nyalábban: Φ = nb · vb = részecskeszám/felület/sec Horváth Dezs˝o: Az LHC és a Higgs-bozon


7. dia – p. 7/69

Rezonancia τ = Γ−1 élettartam ⇒ exp. bomlás |ψ(t)|2 = |ψ(0)|2 e−Γt ˝ ψ(t) ∼ eip·x síkhullám ido-része ∼ e−iMte−Γt/2 χ(E) =

R∞ 0

˝ Energiaamplitudó = Fourier (ido-ampl.) R ∞ ψ(t)eiEtdt = 0 ei(E−M)te−Γt/2dt =

1 i(E−M)−Γ/2

Valószínuség: ˝ |χ(E)|2 =

1 (E−M)2 +Γ2 /4

Breit-Wigner-formula    helye M rezonancia  sz´ eless´ ege Γ 

Lorentz-görbe

Új részecske felfedezése: rezonancia a tömegnek megfelelo˝ ütközési energiánál Horváth Dezs˝o: Az LHC és a Higgs-bozon


8. dia – p. 8/69

A Standard modell diadalútja Measurement

Fit

(5) ∆αhad(mZ)

0.02758 ± 0.00035 0.02767

mZ [GeV]

91.1875 ± 0.0021

91.1875

ΓZ [GeV]

2.4952 ± 0.0023

2.4958

σhad [nb]

0

41.540 ± 0.037

41.478

Rl

20.767 ± 0.025

20.743

0,l

Afb

Al(Pτ) Rb

fit

meas

−O |/σ 1 2

3

Állapot 2008 nyarán Valamennyi kísérlet ˝ sokszáz eredményébol

0.01714 ± 0.00095 0.01644 0.1465 ± 0.0032

|Mért–számolt|/szórás

0.1481

0.21629 ± 0.00066 0.21582

Rc

0.1721 ± 0.0030

0.1722

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

Al(SLD)

0.1513 ± 0.0021

0.1481

2 lept sin θeff (Qfb)

0.2324 ± 0.0012

0.2314

mW [GeV]

80.399 ± 0.025

80.376

ΓW [GeV]

2.098 ± 0.048

2.092

mt [GeV]

172.4 ± 1.2

172.5

July 2008

meas

|O 0

˝ Enyhén eltéro˝ adat évrol évre változik Most éppen a ¯ e+ e− → Z → bb ˝ elore-hátra aszimmetriája LEP elektrogyenge munkacsoport: http://lepewwg.web.cern.ch/ 0

1

2

3



9. dia – p. 9/69

De hol van a Higgs-bozon? A fizika legkeresettebb részecskéje, mivel a Standard modell egyetlen hiányzó alkatrésze. Kísérletileg (még?) nem figyeltük meg, LEP: M (H) > 114.4 GeV Az elmélet szerint léteznie kell mert tömeget teremt és rendbeteszi a divergenciákat „It was in 1972 ... that my life as a boson really began” Peter Higgs: My Life as a Boson: The Story of „The Higgs”, Int. J. Mod. Phys. A 17 Suppl. (2002) 86-88. Horváth Dezs˝o: Az LHC és a Higgs-bozon


10. dia – p. 10/69

Mekkora a Higgs-bozon tömege?

Trócsányi Zoltán gyujtése ˝



11. dia – p. 11/69

A Higgs-bozon keresése Monte Carlo szimulációval teljes SM–háttér: SM–eseménytípusok, folyamatonként hatáskeresztmetszettel súlyozva. Higgs–jel: szimuláció összes lehetséges folyamatra és Higgs–tömegre. Mindez átengedve a detektor–szimuláción. Optimális válogatás: háttér = min, jel = max. Pl. jel/sqrt(háttér) = max. Adott luminozitásnál várható eseményszám jelre és háttérre különbözo˝ feltételek mellett. SM–háttér ∼ kísérlet? (igen ⇓ / nem ⇑).



12. dia – p. 12/69

A Higgs-bozon keresése Mennyire jelszeru˝ a mérés? Kísérleti eseményekhez MC alapján valószínuség: ˝ mennyire jel vagy háttér. Összegezés: kísérlet egésze mennyire jel vagy háttér. Így a különbözo˝ kísérletek eredménye kombinálható. Sok kandidátus esemény ⇒ jelszeru; ˝ kevesebb ⇒ háttérszeru. ˝ Fizikai/filozófiai/statisztikai problémák: És ha a mért adat kevesebb, mint a várt háttér? És ha több, mint a várt háttér + jel?



13. dia – p. 13/69

Higgs–sugárzás

10 5 10 4

e e → hadrons + -

10 3 10

Born

2

e e →µ µ + -

10

10 10

+ -

e e → HZ

-1

bb

ZZ .2

tt

-3

80

ττ gg cc

60 mh = 70 GeV

WW

.5

.05

ZZ

-2

60

1

.1

WW

+ -

1 10

Branching Ratio

σ (pb)

SM jóslata: LEP–nél domináns keletkezés e+ e− → Z0 H0 Domináns bomlás (mH0 < 2MW± ): H0 →bb (83 %)

90

110

100 120 140 160 180 200

.02 .01

100

200

–

√s [GeV]

σ(e+ e− → ZH) Horváth Dezs˝o: Az LHC és a Higgs-bozon

300

500 mH0 [GeV]

Elágazási arány: H →XX


14. dia – p. 14/69

A b-kvark azonosítása Több lépésben bomlik: b→W c; c→W d; W→ℓν vagy qq hosszú élettartam ⇒ másodlagos vertex, lágy leptonok



15. dia – p. 15/69

+ −

ALEPH–esemény (e e →HZ→bbqq)



16. dia – p. 16/69

1

10

-1

1-CLb

1-CLb

A Higgs–bozon nincs meg ALEPH

1

10

-1

DLO

2σ 10 10 10 10

-2

10

3σ

-3

-4

2σ

10

Observed Expected signal+background Expected background

4σ -5

100 102 104 106 108 110 112 114 116 118 120

10 10

-2

3σ

-3

-4

Observed Expected signal+background Expected background

4σ -5

100 102 104 106 108 110 112 114 116 118 120

2

2

mH(GeV/c )

mH(GeV/c )

Várt és megfigyelt jel-konfidencia csak háttér feltételezésével (ALEPH, DELPHI, L3 és OPAL: Phys. Lett. B 565 (2003) 61-75.) Többlet ALEPH 4–jetes eseményeiben 115 GeV-nél: E LEP2000 = 206 GeV

mH (115) + mZ (91) = 206 GeV !!



17. dia – p. 17/69

A SM érzékenysége Higgs-tömegre

Alsó határ (illesztés és elmélet bizonytalansága): MH > 154 GeV (95 % konf.) LEP-keresés: MH > 114.4 GeV

Theory uncertainty ∆αhad =

5

0.02758±0.00035 0.02749±0.00012 incl. low Q2 data

4 3 2 1 0

Megengedett régióra normálva: 114.4 < MH < 185 GeV (95% CL)

mLimit = 154 GeV

July 2008

(5)

∆χ2

SM fitt (minden mérés, 2008):  +34 MH = 84 GeV  −26

6

Excluded 30

Preliminary

100

300

mH [GeV]

LEP Elektrogyenge munkacsoport (http://lepewwg.web.cern.ch/) Horváth Dezs˝o: Az LHC és a Higgs-bozon


18. dia – p. 18/69

SM-Higgs: MH − Mt 200

2

High Q except mt 68% CL

July 2008

2

High Q except mt 68% CL

mt [GeV]

mt [GeV]

200

180

180

mt (Tevatron)

160

mt (Tevatron)

Excluded 10

10

2

mH [GeV]

10

3

160

Tevatron, 2004: mt = 178 GeV LHC, 2009 – ...: Horváth Dezs˝o: Az LHC és a Higgs-bozon

Excluded 10

10

2

mH [GeV]

2008:

10

3

mt = 172 GeV

mt = ? Bolyai Kollégium, 2008.11.05.

19. dia – p. 19/69

A CERN gyorsítói: múlt és jövo˝ LEP: 1989–2000

LHC: 2009–202?



20. dia – p. 20/69

LHC: A p-p ütközések bonyolultak!

A relatívisztikus proton impulzusának felét kvarkok, másik felét gluonok adják p-p ütközés = kiterjedt, összetett objektumoké



21. dia – p. 21/69

Pszeudorapiditás, transzverzális impulzus ˝ Hadron- és nehézion-ütközések fontos jellemzoi Pszeudorapiditás η = − ln tg Θ 2 Polárszög helyett használatos (Egyenletesebb szórási eloszlás)


prész pT

θ

pnyaláb


22. dia – p. 22/69

Ütközo˝ nyaláb hozama: luminozitás L=

f n N1AN2

Gyorsító ütközési

f : körfrekvencia; n: csomagok száma N1 , N2 részecske/csomag; A: Tevatron nyalábok átfedése LHC σ hkm-u˝ reakció gyakorisága ǫ LHC hatásfoknál R = ǫσL LHC Integrális luminozitás: (fb−1 )


˝ idoszak

R

Ldt

(fb−1 )

energia 2 TeV

2001-2006

2,5

10 TeV

elso˝ pár nap

0,1

10 TeV elso˝ pár hónap

1

10 TeV elso˝ év (kis int.)

10


23. dia – p. 23/69

Az LHC eltéríto˝ mágnesei

˝ 1232 szupravezeto˝ mágnes (beszerelés elott) (L = 15 m, M = 35 t, T = 1.9 K, B = 8.3 T) Horváth Dezs˝o: Az LHC és a Higgs-bozon


24. dia – p. 24/69

Az LHC eltéríto˝ -mágnese: keresztmetszet



25. dia – p. 25/69

Az LHC mágnesei összeszerelve



26. dia – p. 26/69

Az LHC muködésének ˝ elso˝ ido˝ szaka 1. Értsük meg a detektort: muködés, ˝ trigger, kalibráció 2. Mennyire hiteles a szimulációnk? Leírja a SM folyamatait és a detektort? Egyezik a mért adatokkal? 3. Keresd, amit vársz, vedd észre, amit nem vársz. Látunk eltérést (többletet) valamilyen eloszlásban a háttérszimulációhoz képest? Új fizika vagy hibás háttérbecslés? 4. Új fizika? Keresünk többletet, hiányt vagy más jellegzetes tulajdonságokat (Higgs-bozon, SUSY, ...) 5. Ha tényleg új fizika: Micsoda? Melyik modell? Milyen paraméterekkel?



27. dia – p. 27/69

LHC: a Jó, a Rossz és a Csúf Jó

Hatalmas felfedezési potenciál: nagy energia, sokféle ütközés, óriási luminozitás.

Rossz

Rettenetes SM háttér, az ˝ érdekesebb dolgok elofordulási gyakorisága 10−6 − 10−3

Csúf

Az érdekes folyamat mellett eseményenként még 10-20 p-p ütközés, hatalmas kombinatorikus háttér.



28. dia – p. 28/69

Higgs-bozon keresése az LHC-nál



29. dia – p. 29/69

Az LHC CMS–detektora

12500 tonnás digitális kamera: 100 M pixel, 40 M kép/mp, 1000 GB/mp adat Tárolás: 100 kép/mp ⇒ szurés!! ˝ Horváth Dezs˝o: Az LHC és a Higgs-bozon


30. dia – p. 30/69

Az LHC CMS–detektora



31. dia – p. 31/69

Az LHC CMS–detektora (Compact Muon Solenoid) Súly: 12500 tonna, több vas, mint Eiffel–toronyban > 2500 résztvevo˝ a világ minden tájáról ˝ szolenoidja: A világ legnagyobb (szupravezeto) ˝ 6 m, mágneses tere 4 Tesla belso˝ átméroje Detektorépítésben magyar részvétel: Müondetektorok pozicionáló rendszere: DE Kisérleti Fizikai Int. és ATOMKI ˝ Eloreszórt részecskék észlelése: (Hadron Forward calorimeter, HF) Készült USA-RU-TR-HU együttmuködésben: ˝ RMKI, Budapest Az elso˝ leeresztett CMS-detektorrész: 2006. nov. 11. Adatkezelés: LHC Computing Grid (RMKI)



32. dia – p. 32/69

Munka a müonkamrákon

Béni Noémi és Szillási Zoltán (Debrecen) Horváth Dezs˝o: Az LHC és a Higgs-bozon


33. dia – p. 33/69

HF: kvarcszálak acélban

Minden CERN-es magyar fuzte ˝ Horváth Dezs˝o: Az LHC és a Higgs-bozon

Szálkalibráció kész darabon Bolyai Kollégium, 2008.11.05.

34. dia – p. 34/69

A CMS mágnese



35. dia – p. 35/69

A CMS egyik szelete



36. dia – p. 36/69

A CMS lezáró sapkája



37. dia – p. 37/69

ALICE: A Large Ion Collider Experiment



38. dia – p. 38/69

ATLAS: mágnesek



39. dia – p. 39/69

Higgs–keresés a CMS–nél ˝ (uud + uud) sok hadron Proton-proton-ütközésbol Kvarkok elsüvítenek egymás mellett vagy enyhén szóródnak LHC: regisztrált eseményben 10-15 p-p kölcsönhatás ˝ Tiszta jel: nyalábra meroleges lepton vagy zápor, Legfontosabb jel: gyors müon kibocsátása Müondetektorok: fontos magyar szerep Különbözo˝ Higgs-tömeghez más kedvezo˝ reakció Nagyobb tömegu˝ részecske bomlását könnyebb észlelni.



40. dia – p. 40/69

Higgs-keltés az LHC-nál g H

q g

gluonfúzió q

q

H

W,Z _ q

_ q

vektorbozonfúzió



41. dia – p. 41/69

A Higgs-bomlás csatornái



42. dia – p. 42/69

CMS, H → γγ: mH < 140 GeV

Jól azonosítható, igen kicsi valószínuség ˝ u˝ (2 × 10−3 ) Könnyu˝ Higgs-bozonra ez a leghatékonyabb CMS elektromágneses kaloriméterét erre tervezték



43. dia – p. 43/69

A CMS elektromágneses kalorimétere

80000 PbWO4 szcintillátor-hasáb Horváth Dezs˝o: Az LHC és a Higgs-bozon


44. dia – p. 44/69

H → γγ: csak vágásokkal

Statisztikus módszerek sokat javítanak (ANN) Horváth Dezs˝o: Az LHC és a Higgs-bozon


45. dia – p. 45/69

SM-Higgs, mH > 140 GeV Aranyozott csatorna Válogatás: 4 izolált lepton

2 leptonpár ˝ fo˝ vertexbol mℓℓ ∼ mZ



46. dia – p. 46/69

H → ZZ → eeqq a CMS–nél



47. dia – p. 47/69

A részecskefizika 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 eltüntetné. Megoldás: szuperszimmetria, ha a fermionok és bozonok párban léteznének, azonos tulajdonságokkal (tömeg, töltés) A szuperszimmetria (SUSY) nyilvánvalóan sérül: nincsenek ilyen részecskék, vagy sokkal nagyobb tömeggel ˝ vezet be Higgs-tér létezo˝ szimmetriát sért ⇔ SUSY nemlétezot Cél: racionális, konzisztens elmélet Horváth Dezs˝o: Az LHC és a Higgs-bozon


48. dia – p. 48/69

Szuperszimmetria (SUSY) SUSY-részecskék párban keletkeznek, közönséges és más SUSY-részecskére bomlanak Sötét anyag: legkönnyebb SUSY-részecske Végállomás (jel): Fermionsorozat hiányzó energiával 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!



49. dia – p. 49/69

Két Higgs–dublett → 5 Higgs–bozon SUSY-modellekben 2 Higgs–dublett tömeg alsó és felso˝ fermionoknak → 8 szabadsági fok 3 tömeg W± , Z + 5 Higgs–bozon h0 , H0 , H± , A0 Ã ! Ã ! 0 0 Vmin at φ1 = ; φ2 = v1 v2 eiξ ˝ φ2 az alsó fermionokhoz csatol φ1 a felso, m 2W 2 2 v1 + v2 = 2 g 2 kulcsparaméter: tan β = v1 /v2 β : töltött Higgs-terek keveredési szöge h0 ∼ SM Higgs;

m(h0 ) << m(H0 )



50. dia – p. 50/69

Töltött Higgs-bozon: LEP és CDF

M (H± ) > 80 GeV; 0, 7 < tan β < 40 Horváth Dezs˝o: Az LHC és a Higgs-bozon


51. dia – p. 51/69

Kizárás az

max mh0

− tan β síkon

mh0 (tan β) = max Konzervatív limit! Fekete vonalak: mtop = 169, 3; 174, 3; 179, 3 és 183, 0 GeV LEP-kizárás CL-je: sötét zöld: 99,7 % világos zöld: 95 % tan β ∼ 1 . . . 5 ⇒ mh0 ∼ 115 − 130 GeV tan β > 8 ⇒ mh0 ∼ 90 − 130 GeV



52. dia – p. 52/69

Veszélyeztetjük-e a Naprendszert? Galaxisok magjában fekete lyukak black hole, BH: MBH > 3 naptömeg, RBH pár km Bizonyos elméleti modellek szerint nagyenergiájú p-p ütközésben keletkezhetnek mikroszkópikus fekete lyukak. Kis tömegüek, azonnal elpárolognak. A kozmikus sugarak milliárdszor nagyobb energiával bombázzák a légkört, Holdat, bolygókat évmilliárdok óta, de nem keletkezett nagy fekete lyuk. Az LHC-ben sem valószínu, ˝ de meglátjuk??? YouTube animáció



53. dia – p. 53/69

Rengetegféle modell van



54. dia – p. 54/69

Elo˝ készületek az LHC indításához ˝ Tervezés kezdete: 1984 (5 évvel a LEP indulása elott!) Új detektorüregek kiásása 1998-tól LEP-alagút megemelkedik muködés ˝ közben ⇒ mágnesek pozíciójának folyamatos kompenzálása LEP leállítása (óriási ellenállás): 2000 vége. LEP-gyorsító és detektorok eltávolítása: 2001 ˝ 9300 mágnes ellenorzése (javítása!), levitele, összehegesztése: 2002-2007. Mágnesek lehutése ˝ 1,9 K-re (hidegebb, mint a világur): ˝ 2008 jan-aug Protoncsomag belövése: 2008. szept.



55. dia – p. 55/69

Az LHC muködési ˝ elve



56. dia – p. 56/69

Az LHC vezérlo˝ terme, 2008.09.10



57. dia – p. 57/69

2008.09.10: protonok körbemennek!!

09:35

10:15

10:17

10:25



58. dia – p. 58/69

2008.09.10: protoncsomag stabilizálása 1

0 ... 25 ns (mérés 10 körönként) Nincs RF, protoncsomag szétterül 250 kör alatt

RF ellentétes fázisban, protoncsomag kettéválik és szétterül



59. dia – p. 59/69

2008.09.10: protoncsomag stabilizálása 2

RF: javított fázis

RF pontos, protoncsomag stabil

2008. szept. 10.: Teljes siker 450 GeV-es protonokkal (gyorsítás nélkül), mindkét irányban! Horváth Dezs˝o: Az LHC és a Higgs-bozon


60. dia – p. 60/69

Felkészülés a gyorsító-üzemmódra: a hiba A dipólmágnesek áramának fokozatos növelése (kb. 9000 A-re) szektoronként történt. A 8 szektorból 7 áramát sikeresen felhozták Szept. 19: A 8.-nál kiolvadt egy forrasztás két mágnes között. A hirtelen nagy feszültség ívet húzott és ˝ néhány kilyukasztotta a héliumvezetéket, amelybol ˝ több tonna He lökésszeruen ˝ kifújt, kilökve a helyérol 35-tonnás mágnest. Mintegy 20 mágnest javítás céljából a felszínre kell hozni: a felmelegítés nagyon lassú, hetekig tart. ˝ pótolják öket, de a A 48 tartalék mágnesbol felmelegítésre és cserére jónéhány hónap kell.



61. dia – p. 61/69

Az LHC ho˝ mérséklete 2008.10.11-én



62. dia – p. 62/69

LHC-szektorok 2008.10.11-én



63. dia – p. 63/69

Az LHC jövo˝ re tényleg elindul ˝ a Idén ugyan az LHC nem fog muködni, ˝ de jövore tervezettnél korábban (június helyett talán már áprilisban) el tudják indítani, mert a javítás és csere idején a gyorsítórendszeren el tudnak végezni különbözo˝ munkákat. A kísérleteknek az eset két okból hátrányos: Nincs mért adat 900 GeV-es protonütközésekkel ˝ ellenorzéshez és kalibrációhoz. ˝ zárják jövore ˝ az LHC-t, akkorra megrendelt Elobb detektorelemeket nem tudnak beszerelni. ˝ Ilyen hibák mindig elofordulhatnak; az lenne a csoda, ˝ minden muködne ha egybol ˝ egy ennyire bonyolult rendszeren... Horváth Dezs˝o: Az LHC és a Higgs-bozon


64. dia – p. 64/69

Részecskefizikai módszerek haszna Világháló: CERN, 1989 ⇒ nagyvilág: 1994– Müonspin-rezonancia módszere (kémia, szilárdtestfizika) Pozitronemissziós tomográfia, hadronterápia Grid-hálózatok a számítástechnikában



65. dia – p. 65/69

Számítástechnika: világháló



66. dia – p. 66/69

Részecskefizika a mindennapokban Alapkutatás, közvetlen gyakorlati haszna nem várható. Élesíti az elmét, pedagógiai haszna óriási: Kreatív gondolkodásra serkent Az órási méretek miatt komoly technikai fejlesztéseket ˝ tender! indukál: 100000 egyforma muszerre Élenjáró programozástechnikai gyakorlat (bankok ˝ eloszeretettel alkalmaznak HEP-PhD-t szerzett fizikusokat) Lányok, fiúk! Gyertek részecskefizikusnak!



67. dia – p. 67/69

Konklúzió helyett "Van egy elmélet, miszerint, ha egyszer kiderülne, hogy mi is valójában az Univerzum, és mit keres itt egyáltalán, akkor azon nyomban megszunne ˝ 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: Vendégl˝o a világ végén (Nagy Sándor fordítása)



68. dia – p. 68/69

Köszönetnyilvánítás Nemzeti Kutatási és Technológiai Hivatal OTKA NK67974, K72172 és H07C-74153 EU FP6 MC-ToK 509252 és III 031688 Magyar és Osztrák Tudományos Akadémia TéT JAP-21/2006 és Tokiói Egyetem Megérto˝ együttmuköd ˝ o˝ partnereink



69. dia – p. 69/69

Az LHC és a Higgs-bozon

Recommend Documents