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 Barnaföldi G.G.: ALICE, REGARD
Egyre jobb mikroszkópokkal vizsgálódunk...
… és ha ezek nem elég kicsik...
Milyenek a
Barnaföldi G.G.: ALICE, REGARD
részecskék?
A CERN kutatóközpont
Barnaföldi G.G.: ALICE, REGARD
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) Barnaföldi G.G.: ALICE, REGARD
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 Barnaföldi G.G.: ALICE, REGARD
LHC – Nagy Hadronütköztető
Barnaföldi G.G.: ALICE, REGARD
Nos, a svédek szerint... HADRON ÜTKÖZTETŐT a HADRON ÜTKÖZTETŐ-boltból...
Barnaföldi G.G.: ALICE, REGARD
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 Barnaföldi G.G.: ALICE, REGARD 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 Barnaföldi G.G.: ALICE, REGARD
Az ALICE kísérleti együttműködés
Barnaföldi G.G.: ALICE, REGARD
Az LHC és legnagyobb kísérletei
ATLAS
CMS
ALICE
Barnaföldi G.G.: ALICE, REGARD
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 Barnaföldi G.G.: ALICE, REGARD
Az Univerzum fejlődése...
Az első 3 perc
Barnaföldi G.G.: ALICE, REGARD
Az Univerzum fejlődése...
Az első 3 perc
Barnaföldi G.G.: ALICE, REGARD
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)
Barnaföldi G.G.: ALICE, REGARD
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 ●
Barnaföldi G.G.: ALICE, REGARD
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: μBarnaföldi G.G.: ALICE, REGARD
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.
Barnaföldi G.G.: ALICE, REGARD
Pilis, Ajándék barlang
Barnaföldi G.G.: ALICE, REGARD
Kőbánya alagútrendszere feletti anyag
Barnaföldi GG: Föld Napja 2014.04.25
Jánossy akna, KFKI Csillebérc
Barnaföldi G.G.: ALICE, REGARD
Drezda, Felsenkeller
Barnaföldi G.G.: ALICE, REGARD
Egy fontos kérdés amire még nem gondoltok...
Van-e jövője nagyenergiás magfizikának?
Barnaföldi G.G.: ALICE, REGARD
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 Barnaföldi G.G.: ALICE, REGARD ● SLHC
Energia
A jövő részecskegyorsítói
LHC
Barnaföldi G.G.: ALICE, REGARD
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
Barnaföldi G.G.: ALICE, 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.. Barnaföldi G.G.: ALICE, REGARD
Elérhetőségek: ●
Magyar ALICE Csoport (http://alice.kfki.hu) ●
●
●
Barnaföldi Gergely Gábor (
[email protected]) MTA Wigner FK RMI Hamar Gergő (
[email protected]) MTA Wigner FK RMI
REGARD Csoport (http://regard.kfki.hu) ●
●
Varga Dezső (
[email protected]) ELTE TTK KRFT Hamar Gergő (
[email protected]) MTA Wigner FK RMI Barnaföldi G.G.: ALICE, REGARD
