Antiprotonok a CERN-ben
Sótér Anna Max Planck Kvantumoptikai Intézet
Monday, 19 March 12
Áttekintés Hírek a CERNből, a Higgs-vadászat státusza fénynél sebesebb neturínók?
Kísérletek antiprotonokkal, antihidrogén csapdázás Lézerspektroszkópiai mérések antiprotonos héliumon Technikák és eszközök az antianyag kutatásában Monday, 19 March 12
Amiről nem lesz szó... magáról a Higgs bozonról, (hogy valójában mi is az a Higgs, mi történik, ha nem lesz meg...?) a részecskefizika standard modeljéről a neutrínókról (mik azok? hogyan mérjük őket?) a fénysebességről, (c) mint határsebesség a fizikában ...és sajnos még sok más fontos dologról.
Monday, 19 March 12
CERN
LHCb ATLAS
CMS
Monday, 19 March 12
ASACUSA
ALICE
CERN, a Gyűrűk Ura
Linac2 lineáris gyorsító (50 MeV) PS Booster (1.4 GeV) PS (Proton Synchrotron, 28 GeV) SPS (Super Proton Synchrotron, 400 GeV) LHC (Large Hadron Collider, 7 TeV ütközési)
Monday, 19 March 12
Einstein
Amikor egy méltán híres kollégájuk felbukkan... Képzeljünk el egy szobát, teli beszélgető fizikusokkal. (Higgs mező)
A “Higgs mechanizmus” (A CERN kedvelt magyarázata alapján)
...a körülötte összegyűlő érdeklődők “megnehezítik” az előrehaladását (megnövelik a tehetetlen tömegét) Monday, 19 March 12
A Higgs bozon kölcsönhat a többi elemi részecskével,
A proton-proton ütközésekből kaloriméterek és nyomkövető detektorok gyűjtik az adatokat
... és az alábbi bomlási csatornákon képes elbomlani
nyomkövető: erősen szegmentált, vékony detektorok rétegei kaloriméterek: nagy energiafelbontású. vastag detektorok
Monday, 19 March 12
Dec 12. eredmények CMS
Magyarázat pl 200 GeV-re (ahol az érték 0.6): Még ha a hatáskeresztmetszet csak 0.6-szorosa volna is a standard model által jósoltnak a 200 GeV-es Higgs tömegre, akkor is 95% eséllyel kellett volna több eseményt mérni ezen a tömegen az eddig rendelkezésre álló adatokkal Zöld-sárga sáv középértéke: a standard modelből várható érték Higgs nélkül (háttér) Monday, 19 March 12
Dec 12. eredmények - ATLAS
Monday, 19 March 12
• Nagyítással a még
nem kizárt tartományra:
• kb 5 GeV-es eltérés a két “csúcs” között (kaloriméterek felbontása 1 GeV-nél jobb) • a jel sokat fluktuál, az egész tartományra nézve a szignifikanciája nem éri el a 3 szigmát sem • több adatra van szükség...
• mert, “Ha létezik a
Higgs és itt van, akkor ez már az” (Siklér Ferenc)
Monday, 19 March 12
A (fénynél gyorsabb?) neutrínók esete
A CERN-ből származó neutrínók állítólag 60 ns-al gyorsabban érkeztek Olaszországba mint a fény...
Monday, 19 March 12
A kísérlet kivitelezése
Monday, 19 March 12
piros: proton összesített időeloszlás
fekete pontok: megmért neutrínók
Monday, 19 March 12
A legjobb nagyítás amit kaptunk: konklúzió: nem tudjuk, de valamiért a kollaboráció fele nem adta a nevét a cikkhez... (az eloadas januarban volt, most marciusban mar tobbet tudunk: http://www.nature.com/ news/timing-glitches-dogneutrino-claim-1.10123 http://www.nature.com/ news/neutrinos-notfaster-than-light-1.10249 )
Monday, 19 March 12
Antiproton: a proton antianyag párja
Minden részecskének létezik egy antirészecske párja, mely semmi másban nem különbözik tőle, csak a töltése ellentétes. Találkozásukkor a részecske és antirészecske megsemmisítik egymást, és a tömegüknek megfelelő energia szabadul fel, fotonok és más részecskék formájában. Ennek ellenére a Világegyetemet csaknem teljes egészében anyag alkotja - sehol sem látunk pl. annihilációt galaxisok és antigalaxisok közt, sehonnan sem érkezik kósza (elsődleges) antianyag a kozmikus sugárzással a világ “barionosan asszimetrikus” - és ezt az ismert szimmetriasértések (CP sértés) mértéke nem magyarázza meg Monday, 19 March 12
A CPT szimmetria C - töltéstükrözés P - paritástükrözés T - időtükrözés ismereteink szerint mikroszkopikus szinten a fizikai törvények változatlanok ennek a három műveletnek az együttes elvégzésére
Részecske és antirészecske azonosságát a CPT szimmetria mondja ki. Az antirészecske a számolásokban azonos egy időben visszafele haladó, ellentétes töltésű részecskével A CPT szimmetria mélyen beleépül az általunk ismert törvényekbe (Minden lokális, Lorenz-invariáns kvantumtérelmélet rendelkezik vele) Mi magyarázza tehát a barion-asszimmetriát? Monday, 19 March 12
Az Antiproton Lassító (AD)
Antiproton lassítás 3.5 GeV/c -100 MeV/c (5.3 MeV mozgási energia) • fő célkitűzése antihidrogén, és antiprotont tartalmazó egzotikus atomok, anyag-antianyag szimmetria vizsgálata
•188 m szinkrotron • Minden egyben: befogás, lassítás, hűtés, kibocsátás
Monday, 19 March 12
Sztochasztikus hűtés
Elektron hűtés
Monday, 19 March 12
Antihidrogén-csapdázás, az ALPHA kísértlet 30000 csapdázott antiproton 2 millió pozitron 1s-ig kölcsönhattatják őket, antihidrogén keletkezik Oktupól csapda, mélysége 0.5 K Ezt lekapcsolják, vertexet rekonstruálnak Monday, 19 March 12
Kísérleti eredmények, a.) a háttérben feltüntetve a szimulált eloszlást atomok, és b.) antiprotonok esetén 34 antiprotont csapdáztak néhány milliszekundumig, de később megmutatták, hogy 1000 s-ig is képesek csapdázni Monday, 19 March 12
ASACUSA Atomic Spectroscopy and Collisions Using Slow Antiprotons
5 MeV - mikrohullámú spektroszkópia (plusz még valami...) 60 - 100 keV - Dopplermentes lézerspektroszkópia az antiproton/elektron tömegarány meghatározására 100 eV - atomi ionizációs kísérletek < 1 eV - antihidrogén gyártás csapdában
Monday, 19 March 12
ASACUSA zóna
Microwire secondary electron emission detectors
Parallel Plate Ionization Chamber
5.3 MeV
Monday, 19 March 12
Phosphor screens
~60keV
Rádiófrekvenciás kvadrupól lassító
• A lassító módus (202.5 MHz) egyben fókuszálja is a nyalábot • A kezdeti 5.3 MeV-es antiproton nyalábot 50-100 keV-re lassítja, Monday, 19 March 12
Antiprotonos hélium atomok Antiprotonok életideje anyagban általában pár ps, jóformán azonnal annihilálnak az atommagokon Viszont héliumban megálló antiproton 3%-a akár pár mikroszekundumig életben marad (1991), a jelenséget egy kötött állapot létrehozásával magyarázták Az atomok precíziós lézerspektroszkópiájával közvetett eredményt kapunk az antiproton-elektron tömegarányra, relativisztikus QED számolásokkal összevetve a kimért atomi átmeneteket rezonáns lézernyaláb
keletkezése:
π+
epHe π0
π-
p
befogódással, ha E < 25 eV
Monday, 19 March 12
Augeremisszió
antiproton annihiláció
Lézerrel indukált annihiláció, és az első így megmért rezonancia. Az annihiláciácó bomlástermékeit (töltött pionokat) itt Cserenkov detektorok mérték
Monday, 19 March 12
Antiprotonos hélium energiaszintjei
A legtöbb átmenet elérhető hagyományos lézerekkel, A precízós mérés legnagyobb ellensége viszont a Dopplerszélesedés: pár 100 MHz, ennek a kiküszöböléséhez sok fejlesztésre van szükség
Monday, 19 March 12
Precíziós spektroszkópiánál a cél a pontosság növeléséhez: - minél hidegebb atom, hogy visszaszorítsa az ún. Doppler-szélesedést - a Doppler-szélesedés esetleges kiküszöbölése kétfotonos módszerekkel - minél keskenyebb vonalszélességű lézerek használata - pontos frekvenciamérés
Monday, 19 March 12
Lézerek • nagy energiájú, kis vonalszélességű
lézerre van szükségünk, ezért pulzuslézereket használunk • szilárdtest és festéklézerek adják meg a helyes frekvenvciát • ezek frekvenciája egy nagyon pontos mérőrendszerhez, a frekvenciafésűhöz van rögzítve • ezeket Ti:S kristályokon vagy festékcellákon erősítjük • az erősítés alatt szerzett torzulásokat kompenzáljuk
pumpáló lézer, Nd:YAG
seed cw lézer
frekvencia fésű
Monday, 19 March 12
Kriosztát, 1.6 K booster szivattyú csöve
hőpajzsok
hőcserélő kriogén tűcsapok
A konstrukció egy Joule Thomson hőcserélőn alapul. - evaporatív hűtést érünk el egy erre alkalmas vákuumszivattyúval
Monday, 19 March 12
Kriogenikus réz kamra a hélium gáznak
A kriosztát és a zóna kívülről
Monday, 19 March 12
A frekvenciafésű (Frequency Comb) • Ultrarövid lézerimpulzusok létrehozására alkalmas femtoszekundumos (modelocked) lézerrel hozzuk létre
• Az időbeli lefutás teljesen
A frekvenciafésű egy optikai színkép, amely nagyon pontos frekvenciaközű, vékony vonalakból áll. Ezzel a színképpel interferálva a mérendő lézerfényt, a legközelebbi vonallal ‘lebegési görbe’ jön létre, ebből megkapható a frekvenciakülönbség Monday, 19 March 12
periodikus, nem csak a burkoló intenzitása, hanem az ahhoz viszonyított eltolódás is (CEO phase)
Szcintillátorok
Ionizáló részecske PVT vagy PS
PPO (1%)
410 nm 357 nm POPOP(0.03%)
~ 105 foton / cm minimum ionizáló részecskékre Öntött szcintillátorok
410 - 450 nm
Extrudált szcintillátorok
470-530 nm
Frekvenciatoló optikai szálak a szcintillációs fény kivezetésére
Monday, 19 March 12
Fotonszámlálók Sokpixeles szilícium fotonszámlálók
1m
m
Speciális fotoelektronsokszorozók (gateable PMTs)
Egy pixel működése 34 2 pedes- 1 tal
0
Monday, 19 March 12
200
10 5
9 6
Fotonszámlálás a szilícium pixelekkel: láthatjuk a diszkrét nagyságú töltéseket
8 7
400
600
800
1000
1200
1400
ADC csatornák
Doppler-mentes spektroszkópia Az atomokat két, egymással szemben haladó lézernyaláb együttes hatásának tesszük ki, melyeknek csak az összege adja ki az átmenetet közelség egy valós állapothoz megnöveli az átmenet valószínűségét A Doppler-szélesség lecsökken:
Monday, 19 March 12
mp/me =1836.1526736(23) Nature 475, 484 (2011)
Monday, 19 March 12
Köszönöm a figyelmet!
Kérdést szívesen fogadok most, és emailben is:
[email protected]
Monday, 19 March 12
