Részecskefizika és az LHC: Válasz a kérdésekre

Részecskefizika és az LHC: Válasz a kérdésekre TÁMOP-szeminárium, Leövey Klára Gimnázium, Budapest, 2012.06.11 Horváth Dezso˝ [email protected] MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont, Részecske– és Magfizikai Intézet, Budapest és MTA Atommagkutató Intézet, Debrecen

Horváth Dezs˝o: Részecskefizika és az LHC

Leövey Gimnázium, 2012.06.11.

– p. 1/28

Elo˝ szó A (részecske)fizika egzakt tudomány: A fizika univerzális nyelve a matematika, pontos matematikai formalizmuson alapszik. Egy elmélet érvényes, ha kiszámítható, és eredménye egyezik a kísérlettel. Az igazi fogalmak mérheto˝ mennyiségek, a szavak csak mankók. Szavak mögött pontos matematika és kísérleti tapasztalat Alapkérdés: milyen pontossággal adja vissza az elméleti számítás a mérések eredményét? Számítás nélkül nincs fizika, csak spekuláció.... de a fizika kísérleti tudomány! Horváth Dezs˝o: Részecskefizika és az LHC


– p. 2/28

A mikrovilág vizsgálata: nagy energia Tárgy 1 eV = kinetikus energia, amelyet 1 V átszelésekor szerez egy elektron 1 keV = 103 eV 1 MeV = 106 eV; 1 GeV = 109 eV 1 TeV = 1012 eV

méret, m energia

kicsi

10−3

baktérium

10−5

λ(fény)

10−7

1 eV

atom

10−10

1 keV

atommag

10−14

1 GeV

elektron

10−18

1 TeV

Nagyobb energia ⇒ kisebb távolság ⇒ mélyebb szerkezet



– p. 3/28

A CERN kutatói (felhasználói)

2800 alkalmazott + 10500 kutató + 440 diák (Olasz > német > amerikai > orosz > francia) Horváth Dezs˝o: Részecskefizika és az LHC


– p. 4/28

A CERN és környéke



– p. 5/28

Az LHC mágnesei összeszerelve



– p. 6/28

A CMS mágnese a helyére kerül

Nagy magyar csoport (Wigner FK, ATOMKI, DE, ELTE) Horváth Dezs˝o: Részecskefizika és az LHC


– p. 7/28

1. kérdés: Hol van a Higgs-bozon?

Az elmélet szerint léteznie kell mert tömeget teremt és rendbeteszi az egyenleteket

mLimit = 161 GeV

July 2011

Theory uncertainty ∆αhad = (5)

5

0.02750±0.00033 0.02749±0.00010 incl. low Q2 data

4

∆χ2

A Standard Modell egyetlen hiányzó alkatrésze: kísérletileg (még?) nem figyeltük meg, LEP: M (H) > 114.4 GeV

6

3 2 1 0

Excluded 30

100

300

mH [GeV]

˝ „Igazából 1972-ben kezdodött az életem, mint bozon” Peter Higgs: My Life as a Boson: The Story of „The Higgs”, Int. J. Mod. Phys. A 17 Suppl. (2002) 86-88.



– p. 8/28

LHC, 2011: 114 GeV < MH < 127 GeV

⇑ (ahol a legtöbb egymással versengo˝ folyamat van) Horváth Dezs˝o: Részecskefizika és az LHC


– p. 9/28

A CMS elektromágneses kalorimétere a H → γγ észlelésére optimalizálva

80000 PbWO4 egykristály szcintillátor Horváth Dezs˝o: Részecskefizika és az LHC


– p. 10/28

CMS-esemény: H → γγ jelölt



– p. 11/28

A Higgs-bozon keresése, 2012 május A Higgs-bozon (95% konfindenciaszinten) megengedett tömege kísérletenként (CERN Courier, 2012/3, p. 5) 6

H-tömeg

0.02750±0.00033 0.02749±0.00010 2

4

GeV

> 114,4

CMS

116 – 127,5

2,8

125

ATLAS

122,5 – 129

2,5

126

<150

2,2

115–145

∆χ

LEP

Tevatron

∆α(5) had =

5

többlet csúcshely σ

GeV

Theory uncertainty

incl. low Q data

2

Kísérlet

mLimit = 152 GeV

March 2012

3 2 1 0

LEP excluded

40

LHC excluded

100

200

mH [GeV]

Mindenki lát egy kevés többletet, de sehol sem szignikáns, azaz 5σ . 2012-ben felfedezésre itélve? Horváth Dezs˝o: Részecskefizika és az LHC


– p. 12/28

2. kérdés: Szuperszimmetria A Standard Modell minden problémáját megoldaná: Gravitáció? Aszimmetriák: jobb ⇔ bal

világ ⇔ antivilág

Töltéskvantálás: Qe = Qp , Qd = Qe /3 Az Univerzum tömegének csak 4%-át írja le, ∼ 23% láthatatlan sötét anyag, ∼ 73% rejtélyes sötét energia?? Természetesség: A Higgs-bozon tömege divergál, fermion-bozon szimmetria eltüntetné Szuperszimmetria mindent rendbehozna. Létezik? LHC! Eddig csak kizárni sikerült SUSY-modelleket, de keressük... Horváth Dezs˝o: Részecskefizika és az LHC


– p. 13/28

3. kérdés: Új fizika keresése Az LHC egyik fo˝ területe A Standard Modellen túli részecskék Kvarkok, leptonok, mértékbozonok szerkezete Szuperszimmetria Extra dimenziók Eddig semmit nem találtunk, de dolgozunk rajta,



– p. 14/28

4. kérdés: Nehézion-fizika LHC, 2011: Pb-Pb ütközés az ALICE-ban

RHIC-hez képest még nincs áttörés, de ugyanaz (színes közeg kialakulása) pontosabban Horváth Dezs˝o: Részecskefizika és az LHC


– p. 15/28

A Large Ion Collider Experiment

Nagy magyar ALICE-csoport (Wigner FK) Horváth Dezs˝o: Részecskefizika és az LHC


– p. 16/28

5. kérdés: LHC Grid hálózat A CMS-kísérlet fo˝ grid-állomásai

Wigner FK Tier-2: 500 CPU, 260 TB, CMS és ALICE VO 2013 jan.: Horváth LHCDezs˝Tier-0 részben a Wigner FK-ba költözik! o: Részecskefizika és az LHC Leövey Gimnázium, 2012.06.11.

– p. 17/28

6. kérdés: Atomreaktor?? Atomreaktor az LHC-alagútban a LEP mellé?? Ez szerintem félreértés. Arról valóban szó van, hogy felépítenek az LHC mellé egy elektrongyorsítót, hogy a korábbi HERA-nál (DESY, Hamburg) sokkal nagyobb energián ütköztessenek elektronokat protonokkal, de reaktorról nem hallottam. A LEP elektron-pozitron ˝ egyszersmindekorra lebontották 2001-ben, ütköztetot annak a helyén épült az LHC. Az új elektrongyorsító, ha megépül, valószínuleg ˝ lineáris lesz.



– p. 18/28

7. kérdés: Antianyag-vizsgálatok A CERN antiproton–lassítója (AD) a CPT–invariancia ˝ ellenorzésére 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)

ALPHA (Antimatter Laser PHysics Apparatus): Csapdázott antihidrogén, spektroszkópia kezdete ACE (Antiproton Cell Experiment): kis kísérlet, évente 1 hét mérés, antiproton hatása élo˝ szövetre. Lépések a hadron-terápia felé. Horváth Dezs˝o: Részecskefizika és az LHC


– p. 19/28

Antianyag-vizsgálatok ASACUSA: Atomic Spectroscopy And Collisions Using Slow Antiprotons (Tokió, Aarhus, Bécs, Brescia, Budapest, Debrecen, München) Masaki Hori, Anna Sótér, Dániel Barna, Andreas Dax, Ryugo Hayano, Susanne Friedreich, Bertalan Juhász, Thomas Pask, Eberhard Widmann, Dezso˝ Horváth, Luca Venturelli, Nicola Zurlo: "Two-photon laser spectroscopy of pbar-He+ and the antiproton-to-electron mass ratio", Nature 475, 484-488 (2011)



– p. 20/28

8. kérdés: Ultragyors neutrínók?

Neutrínókísérletek: bányában, alagútban, víz és jég alatt Horváth Dezs˝o: Részecskefizika és az LHC


– p. 21/28

CNGS: CERN neutrínók Gran Sasso-ba



– p. 22/28

OPERA: neutrínósebesség mérése

2011. szept.: Óriási szenzáció, fénynél gyorsabb neutrínók! 2012 március: Több más kísérlet cáfolja, OPERA hibát talál, eltemetve Horváth Dezs˝o: Részecskefizika és az LHC


– p. 23/28

9. kérdés: Sötét anyag, sötét energia Az Univerzum gravitáló tömege a galaxisok mozgásából és a kozmikus háttérsugárzásból: ∼ 4% látható (csillagok, sugárzás, por, gáz, neutrínók) ∼ 23% láthatatlan sötét anyag, ∼ 73% rejtélyes sötét energia

Sötét anyag gomolyog ⇒ nehéz részecske: SUSY?? Sötét energia egyenletes eloszlású. Kozmológiai állandó?



– p. 24/28

LHC, terv 2012-re p-p ütközések: E = 8 (4 + 4) TeV, ∆t = 50 ns, L = 5 . . . 7 × 1033 cm−2 s−1 CMS-eseményválogatás (trigger): 32% Higgs, 23% SUSY, 16% egzotika, 29% S-M fizika LHC muködik, ˝ amíg ATLAS és CMS külön-külön felfedezik a Higgs-bozont Ha kell, meghosszabbítják a 8 TeV-et 2013-ban a nagy ˝ leállás elott R Higgs megfigyelése (+5σ ) 8 TeV-nél Ldt ∼ 11.5 fb−1 után várható, idén 15 fb−1 remélheto˝ (5 fb−1 már megvan!). Rettenetes pile-up ∆t = 50 ns miatt: 30–35 p-p/esemény 2013: leállás. 2014: 6.5 + 6.5 TeV, 25 ns Horváth Dezs˝o: Részecskefizika és az LHC


– p. 25/28

CMS-vezérlo˝ , 2012 május 2, 15h 45p

http://cmsinfo.web.cern.ch/cmsinfo/Media/CMSeye/ Ügyelet: Spanyol, holland, orosz, kínai, francia, magyar ˝ Ügyeletes detektorellenorzési koordinátor: Szillási Zoltán, ATOMKI ˝ o: ˝ HD, Leövey Ügyeletes adatellenorz Wigner FK Horváth Dezs˝o: Részecskefizika és az LHC Gimnázium, 2012.06.11. – p. 26/28

Köszönöm a figyelmet



– p. 27/28

Köszönetnyilvánítás Nemzeti Kutatási és Technológiai Hivatal † OTKA NK67974, NK81447, K72172 és H07C-74153 EU FP6 MC-ToK 509252 és FP7 III 031688 Magyar és Osztrák Tudományos Akadémia TéT JAP-21/2006 és Tokiói Egyetem Megérto˝ együttmuköd ˝ o˝ partnereink



– p. 28/28

Részecskefizika és az LHC: Válasz a kérdésekre

Recommend Documents