Standardní model a kvark-gluonové plazma

Standardní model a kvark-gluonové plazma Boris Tomášik Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská, ČVUT International Particle Physics Masterclasses 2012 7.3.2012

Boris Tomášik: Standardní model a kvark-gluonové plazma

Struktura hmoty



molekuly



atomy



jádra a elektrony



protony a neutrony


2

Podivné V-částice, částicová ZOO 





v 50 letech: podivně stabilné nové částice částice K a Λ částicová ZOO: p, n, π, Σ, Ξ, Δ, η, Φ, Σ*, ...

Tohle nevypadá elementárně! Boris Tomášik: Standardní model a kvark-gluonové plazma

3

Hadrony se skládají z kvarků baryony Kvarky: up, down, strange (charm, bottom, top) spin 1/2, náboj 2/3, -1/3 antikvarky mezony


4

Těžší hadrony, těžší kvarky Tři kvarkové rodiny: up down

charm strange

bottom top

ke každému je taky antikvark


5

Leptony (lehké částice) 





elektron elementární částice žádná struktura bodová částice mion – kosmické záření slabě interagující, na povrchu 1/cm2/min (rozpadá se) tau – lepton (rozpadá se rychle) Boris Tomášik: Standardní model a kvark-gluonové plazma

6

Shrnutí: standardní model + Higgsův boson (nebo něco jiné) => LHC (supersymetrie? Superstruny?, …) tmavá energie a tmavá hmota: 96% zatím neznámé Boris Tomášik: Standardní model a kvark-gluonové plazma

7

Vaření jaderné hmoty 

zvyšováním teploty se zvyšuje kinetická energie



při srážkách jsou produkovány nové částice



„překryv“ částic: osvobození kvarků → kvark-gluonové plazma


8

Kritické podmínky Naivní odhad: vnitro protonu kritická hustota energie 2

mc −3 32 ε= = 10 J.m V Tc=150 MeV≈2.1012K pro porovnání: 1 cm3 QGP = 1013 TWh roční produkce CZ = 80 TWh (2009) Boris Tomášik: Standardní model a kvark-gluonové plazma

9

QGP v přírodě: prapolévka Dá se v přírodě najít kvark-gluonové plazma? Ano: v raném vesmíru souvis času a teploty v expandujícím vesmíru

90 h T = 16π 2 geﬀ 4

2 4

2 c MPl 1 4 kB t2

t = 10 − 100 µs Boris Tomášik: Standardní model a kvark-gluonové plazma

10

Jak udělat QGP? Ve srážkach těžkých atomových jader


11

QGP v laboratoři: jádrové srážky

Simulace srážky Au+Au při 200 GeV na nukleon (urychlovač RHIC v BNL) kinetický výpočet: kaskádový generátor UrQMD (jen hadronová fáze, žádné plazma) Tomášik: Standardní model a kvark-gluonové plazma animace: Jeffery MitchellBoris (Brookhaven National Laboratory)

12

Typické energie, velikosti a časy Energie srážky RHIC: 200 AGeV≈6,3 µJ, LHC: 5,5 AGeV≈0,2 mJ Typický rozměr: 10-14m QGP 10-14m

10-10m

10-1m

Typická doba života: QGP 10-22s

zeměkoule

jabko

atom

107m

ír -22 m 10 s s P G Q

ra

ný

o

ve

žik

m ka

10-5s 10-1s

sluneční soustava

to ta

103s

e př

dn

ka š á lid

t o v i

ž ý sk

108s


1012m

íru

m

vě

k

s ve

1018s 13

Co si zapamatovat Když se hmota zahřeje na extrémně vysokou teplotu (mnohem více než ve středu Slunce), pak protony a neutrony roztají na kvarky V jaderných srážkách na LHC a RHIC byla vyrobena taková hmota s kvarky v osvobozeném stavu Jedním se znaků produkce QGP je zvýšená produkce podivných hadronů. Boris Tomášik: Standardní model a kvark-gluonové plazma

14

Potlačení jetů Jety jsou produkovány v jednoduchých systémech vždy ve dvojici (zákon zachování hybnosti)


15

Jety ve srážce e+e-


16

Jety ve srážce Au+Au?


17

Vyhasnutí jetu na druhé straně

Druhý jet je pohlcen v médiu [STAR Collaboration, PRL 91 (2003) 072304]

RHIC produkuje médium požírající jety!

Jediné takové známe médium je Kvark-gluonové plazma. Boris Tomášik: Standardní model a kvark-gluonové plazma

18

Výsledky LHC/CMS: silné potlačení jetů


19

Produkce podivnosti v kvark-gluonovém plazmatu je produkce podivných částic energeticky levnější než v plynu hadronů Prahové energie: Hadronový plyn: 530 MeV QGP: 200-300 MeV

π+N →Λ+K g + g → s + s¯

Je potřeba měřit produkci podivných částic ve srážkách jaderných a porovnávat ji s referenčními hodnotami se srážek protonů Boris Tomášik: Standardní model a kvark-gluonové plazma

20

Shrnutí LHC a RHIC produkuje kvark-gluonové plazma.

Vyrábíme malé rané vesmíry! ⇒ Malé třesky


21

Bonus: Higgsův boson


22

Events/5 GeV

Bonus: Hledání Higgsovho bosonu 10 8

DATA Background Signal (m =125 GeV) Signal (mH=150 GeV) Signal (mH=190 GeV) H Syst.Unc.

ATLAS

(*)

6

H"ZZ "4l -1 !Ldt = 4.8 fb s = 7 TeV

4 2 0 100

150

200

250 m4l [GeV]

(a) Boris Tomášik: Standardní model a kvark-gluonové plazma

23

Standardní model a kvark-gluonové plazma

Recommend Documents