Korai CERN egy¨ utm˝ uk¨ od´ eseink a k´ıs´ erleti r´ eszecskefizika ter´ en Az EMC ´ es L3 k´ıs´ erletek
NAGY Elem´er Centre de Physique des Particules de Marseille
Nagy Elem´er, MTA CERN u ¨l´esszak, 2004 szeptember 22
El˝ ozm´ enyek A 70-es ´evekt˝ol kezdve a CERN meghat´aroz´o szerephez jut A nagyenergi´aj´u neutrino program elvezet a semleges ´aramok felfedez´es´ehez Andr´e Lagarrigue Fel´ep¨ul a vil´ag els˝o r´eszecske u¨tk¨oztet˝oje, az ISR rekord energia a technol´ogia elvezet a k¨ozbens˝o bozonok felfedez´es´ehez Carlo Rubbia ´es Simon Van der Meer (Nobel d´ıj, 1984) A soksz´alas proporcion´alis kamra feltal´al´asa George Charpak (Nobel d´ıj, 1992)
Ha talpon akarunk maradni, szoros kapcsolatot kell ki´ep´ıteni a CERN-nel
Nagy Elem´er, MTA CERN u ¨l´esszak, 2004 szeptember 22
Az els˝ o CERN kapcsolatok CERN–Dubna egyezm´eny (1964, Fenyves Ervin) megnyitja az utat a CERN k´ıs´erletekhez Dubn´an kereszt¨ul CERN “scientific visitor” st´atusz lehet˝ov´e tesz egyedi r´eszv´etelt De hogyan tud egy eg´esz magyar csoport k¨ozvetlen¨ul a CERN-nel egy¨uttm˝uk¨odni? Szeg˝o K´aroly ezt melegen t´amogatta de probl´em´at okozott a finansz´ıroz´as Francia koll´eg´aink seg´ıtenek
Az Annecy-i R´eszecskefizikai Laborat´orium ( Marcel Vivargent ´es Jean-Jacques Aubert ) koopt´alja az eg´esz csoportot t¨obb munkat´arsunkat 2-2 ´evre vend´eg¨ul l´at
Nagy Elem´er, MTA CERN u ¨l´esszak, 2004 szeptember 22
Az EMC magyar r´ esztvev˝ oi
Fizikusok:
Jancs´o G´abor Nagy Elem´er T´oth J´ozsef Urb´an L´aszl´o
Doktoranduszok:
Eszes G´abor Hidas P´al Post´asy Csaba Ribarics P´al
Nagy Elem´er, MTA CERN u ¨l´esszak, 2004 szeptember 22
EMC - European Muon Collaboration C´elja a kvark-parton modell ´es kvantum sz´ındinamika (QCD) k´ıs´erleti ellen˝orz´ese m¨uonok m´elyen rugalmatlan sz´or´as´aban tanulm´anyozva a keletkez˝o hadronokat is
A felv´eteleket a KFKI-ban gy´artott automatikus (RIMA) ´es f´elautomatikus m´er˝oberendez´esek seg´ıts´eg´evel ´ert´ekelt¨uk ki
Nagy Elem´er, MTA CERN u ¨l´esszak, 2004 szeptember 22
A SLAC-ban felfedezett sk´ala tulajdons´ag: F2 csak az x =
q2 2M ν
kombin´aci´ot´ol f¨ugg
arra utal, hogy a nukleon partonokb´ol ´all (Feynman)
Az EMC el˝ott ´all´o f˝o k´erd´esek: 1/ Azonosak-e a partonok a Gell-Mann ´altal posztul´alt kvarkokkal? 2/ Hogyan hatnak k¨olcs¨on a kvarkok?
Nagy Elem´er, MTA CERN u ¨l´esszak, 2004 szeptember 22
Mindk´et k´erd´esre siker¨ult v´alaszt kapni! 1/ Igen, a partonok ´es kvarkok azonosak, ui. a legjobban megl¨ok¨ott (vezet˝o) hadron a c´elt´argy tulajdons´agaival rendelkezik: ¯ ha a c´elt´argy proton (2u + d), a vezet˝o hadron π + (ud) ha a c´elt´argy neutron (2d + u), a vezet˝o hadron π − (d¯ u) 2/ Sz´ınes kvarkok sz´ınes gluonokkal hatnak k¨olcs¨on a QCD szab´alyai szerint: a sk´al´az´as megs´er¨ul, ahogy a QCD alapj´an v´arjuk a gluonokat is siker¨ult (k¨ozvetve) megfigyelni
Nagy Elem´er, MTA CERN u ¨l´esszak, 2004 szeptember 22
N´eh´any meglepet´es 1/ A nukleon spinj´et nem a kvarkok hordozz´ak els˝osorban 2/ Az “EMC effektus”: A nukleonok parton strukt´ur´aja az atommagban f¨ugg a nukleonok sz´am´at´ol Erre m´aig sincs kiel´eg´ıt˝o elm´eleti magyar´azat
´ a 10 ´ev alatt m´eg sok m´as eredm´eny ... Es =⇒ T¨obb mint 50 publik´aci´o ... =⇒ 1 tudom´anyok doktora, 3 kandid´atusi, 2 PhD c´ım ...
Nagy Elem´er, MTA CERN u ¨l´esszak, 2004 szeptember 22
Az L3 k´ıs´ erlet C´elja a Standard Modell (SM) nagypontoss´ag´u k´ıs´erleti igazol´asa els˝osorban a m´eg hi´anyz´o r´eszecsk´ek kimutat´asa
´ ıt˝ok¨ovek Ep´
Leptonok:
νe e
νµ µ
ντ τ
Kvarkok:
u d
c s
t b
K´erd´es: van-e h´aromn´al t¨obb csal´ad? K¨olcs¨onhat´ast k¨ozvet´ıt˝o bozonok
W
+
Z +γ W−
,
g
H (Higgs bozon), ami a r´eszecsk´eknek t¨omeget biztos´ıt A r´eszecsk´ek t¨omeg´ere nincsen elm´eleti j´oslat
Nagy Elem´er, MTA CERN u ¨l´esszak, 2004 szeptember 22
A CERN-ben 1989-re fel´ep¨ul egy minden addigin´al nagyobb energi´aj´u elektron-pozitron u¨tk¨oztet˝o: a LEP
A nyal´abok energi´aja 45 ´es 102 GeV k¨oz¨ott v´altoztathat´o 4 k´ıs´erletnek adnak z¨old utat A harmadik: L3
Nagy Elem´er, MTA CERN u ¨l´esszak, 2004 szeptember 22
Az L3 vezet˝oje Samuel C. C. Ting a c-kvark felfedez˝oje (Nobel d´ıj, 1976)
J(c¯c) =⇒ e+e− rendkiv¨ul ´eles rezonancia Ebb˝ol k¨ovetkezik az alapfiloz´ofia: az elektront (fotont) ´es m¨uont maxim´alis pontoss´aggal kell m´erni. Egy lehet˝os´eg p´eld´aul:
T (tt¯) =⇒ µ+µ−(e+e−) ´es T (tt¯) =⇒ H + γ Az alapfiloz´ofia meghat´arozza a detektort: 12×12×12 m3 csarnok 0.5 T homog´en m´agneses t´errel tel´ıtve a m¨uonok trajekt´ori´aj´at 6 m-en kereszt¨ul ∼ 20µm pontoss´aggal m´erni az elektronokat (fotonokat) minim´alis t´erfogatban m´erni 11 ezer 30 cm hossz´us´ag´u (Ø∼ 7 cm2 ) BGO egykrist´aly
Nagy Elem´er, MTA CERN u ¨l´esszak, 2004 szeptember 22
A magyar csoport magja az EMC csoport, de m´ar mint ¨on´all´o Budapest csoport n´ev alatt szerepel Els˝osorban “sz¨urke ´allom´annyal” j´arulunk a k´ıs´erlethez: software fejleszt´es adatki´ert´ekel´es fizikai anal´ızis
Nagy Elem´er, MTA CERN u ¨l´esszak, 2004 szeptember 22
Az L3 egy¨uttm˝uk¨od´es legfontosabb eredm´enyei 1/ A SM minden, k¨ozvetve vagy k¨ozvetlen¨ul, ezrel´eknyi pontoss´aggal m´ert param´etere ¨osszhangban van az elm´elettel, t¨obbek k¨oz¨ott a leptonok ´es kvarkok csatol´asa a k¨ozbens˝o bozonokhoz:
2/ Kimutattuk a k¨ozbens˝o bozonok ¨oncsatol´as´at (γW + W − ) 3/ Pontos ´ert´eket adtunk meg a k¨ozbens˝o bozonok t¨omeg´ere (MZ , MW ) ´es ´elettartam´ara (ΓW , ΓZ ) 4/ Ez ut´obbi ´ert´ekb˝ol kik¨ovetkeztethet˝o, hogy a 45 GeV-n´el kisebb t¨omeg˝u neutrinok sz´ama 3: =⇒ ez a ντ k¨ozvetett kimutat´asa =⇒ csak 3 r´eszecske csal´ad l´etezik 5/ Semmi olyan jelens´eget nem ´eszlelt¨unk, (pl. szuperszimmetria) ami ne lenne teljes ¨osszhangban a Standard Modellel
Nagy Elem´er, MTA CERN u ¨l´esszak, 2004 szeptember 22
B´ar nagy t¨omeg¨uk miatt sem a t-kvarkot sem a Higgs bozont nem tudtuk kimutatni, els˝osorban a LEP adatok alapj´an meg tudjuk j´osolni t¨omeg¨uket: mt ≈ 175 GeV 114 < mH < 250 GeV (95% val´osz´ın˝us´eggel)
A t-kvarkot a Tevatronon (Fermilab, Bat´avia, 1,8 TeV p¯ p u¨tk¨oztet˝o) 1995-ben val´oban meg is tal´alt´ak 178 GeV t¨omeggel A ντ -t szint´en kimutatt´ak 2000-ben a Fermilabban A Higgs ut´an a hajsza m´eg tart ...
Nagy Elem´er, MTA CERN u ¨l´esszak, 2004 szeptember 22
¨ Osszefoglalva
Az EMC ´es L3 k´ıs´erletek nagym´ert´ekben hozz´aj´arultak a Standard Modell k´ıs´erleti igazol´as´ahoz Egy neh´ez peri´odusban lehet˝os´eget adtak magyar kutat´oknak magas sz´ınvonal´u r´eszecske fizikai kutat´asokra A k¨ovetkez˝o gener´aci´onak azt a fontos k´erd´est hagyt´ak ¨or¨oks´eg¨ul: Van-e ´elet a Standard Modell vil´ag´an t´ul is? ´ ha igen, milyen az? Es V´alasz (tal´an) 5-10 ´even bel¨ul v´arhat´o
Nagy Elem´er, MTA CERN u ¨l´esszak, 2004 szeptember 22
