cern: a szubatomi részecskék kutatásának európai központja · az atom sugara ~ 1000 λ ....

CERN: a szubatomi részecskék kutatásának európai központja

• 1954-ben alapította 12 ország• Ma 20 tagország• 2007-ben több mint 9000 felhasználó (9133 „user”)• ~1 GCHF éves költségvetés (0,85%-a magyar Ft)

Az 1954-es alapító okirat – az eredeti aláírások 2004: A 20 tagország

Az ismeretgyűjtés eszközei

Képalkotás

Ha ismerjük a szóródást meghatározó, a labdaés a szórócentrum között fellépő kölcsönhatástleíró fizikai törvényeket, valamint a szóródási képet, akkor elegendő fejtörés után le tudjuk írni a szórócentrum szerkezetét

Képalkotás-feloldóképesség

Képalkotás-feloldóképesség

Hullámok feloldóképessége

A fény hullám:λ = c/ν

Részecskék feloldóképessége

A részecske is hullám:

elektron szóródási képe aranyfólián:

λ =

p ~ E

α-részecske hullámhossza

λ

Az atom sugara ~ 1000 λ

Rutherford kísérlete

A modern mikroszkópok részecskegyorsítók

Gyorsítás elektrosztatikustérben

Modern gyorsításhullámlovaglással

A modern mikroszkópok részecskegyorsítók

Lineáris gyorsítók

Tároló- és ütközőgyűrűk Az LHC-benszupravezetőmágnesek (1,9K) tartják körpályán a protonnyalábot

Modern megvalósítás: CERN

„Látás” az ütközőgyűrűvel

Matematikai modell alapján megjósoljuk az ütközések lehetséges kimeneteleinek várható gyakoriságát, és ajóslatot összehasonlítjuk a mért eseményszámokkal(nem „igazi” mikroszkóp)

És most következik…

http://www.szgti.bmf.hu/fizika/cern-sajatkezuleg

Lássuk a részecskéket!

A CERN sajátkezűleg honlappal

Ismétlés: detektor - ütközőnyaláb

Egy e+e- ütközés eredménye

Az anyag részecskékből áll („részecskefizika”)

Válasz: Csak 84!

Ha egy almát elkezdünk félbe és újból félbe vágni, akkor előbb-utóbb eljutunk az atomokhoz.

Kérdés: Hány vágás szükséges?

Egyetlen atom

nanométer

A mag „keringő”elektronokkal

AnyagAntianyag

-

Anyag

Az elektromos vonzást fotonok közvetítik

Protonokból (p) és neutronokból (n) áll.Az atommag pozitív töltésű

A protonok és neutronok kvarkokból állnakA kvarkok „színtöltést” hordoznak

A kvarkokat gluonok, az erős kölcsönhatást közvetítő részek, „ragasztják” össze

Akkor végre értjük az atom működését

A protonokból és neutronokbólkilógó” erőhatás tartja össze az atomot.

Részecskecsaládok

+ antirészecskéik

Kölcsönhatások

Részecskék kölcsönhatása

Detektor szerkezete

Jellegzetes események a LEP OPAL detektorán

Jellegzetes események a LEP OPAL detektorán

Jellegzetes események a LEP OPAL detektorán

e+e- keletkezik

müonpár keletkezik

két hadronsugár keletkezik

három hadronsugár

3-hadronsugaras esemény nagyítva

3-hadronsugaras esemény forgatva

A csatolás• A részecskék között az erőket részecskék

(bozonok) közvetítik.• Két részecske közötti erő arányos azzal a

valószínűséggel, hogy milyen valószínűséggel bocsátanak ki közvetítőrészecskét.

• És milyen valószínűséggel nyelnek el.• A két valószínűség (g) megegyezik. Az erő g2-tel

arányos. Az α = g2 /4π neve csatolás.• Más-más értékű különböző kölcsönhatások esetén

Erős csatolás 1.

Erős csatolás 2.

d = 5 GeV/c2

A „futó” csatolás

Erős

Gyenge

Elektromágneses

SUSYStandard Model

Mi a szuperszimmetria?Kétféle részecske van a természetben: fermion és bozonA fermionok feles spinűek, és nem lehet azonos állapotban két fermion. Mindig egy-ágyas szobát foglalnak a fermion holtelben.A bozonoknak (nulla vagy pozitív) egész spinjük van, és akárhányan képesek egy szobában aludni.A szuperszimmetria szerint minden fermionnak létezik egy bozon párja és fordítva.Szuperszimmetrikus partnereket még nem találtak, ezért biztosan nehezek. A SUSY-t valamilyen hatás megbontja.

Lept

onok

Kva

rkok

Az anyag családjai

SPIN ½ FERMIONOK

Lept

onok

Skva

rkok

A „SUSY” részecskék családjai

SPIN 0 BOZONOK

SUSY

Mi a részecskék tömegének eredete?

t

bc

sud

e

Mass

A Higgs-bozon

A „standard modell” szerint a tömeget egy - Peter Higgs, angol fizikus után Higgs-mechanizmusnak nevezett - hatás hozza létre. Ez az elmélet feltételez egy újabb részecskét, a Higgs-bozont.

Az LHC

A CERN-ben épülő új gyorsítógyűrű a nagy hadronütköztető (Large Hadron Collider, LHC) protont fog protonnal ütköztetni 14 billió elektronvolton (14 TeV). Reményeink szerint megtaláljuk vele a Higgs-bozont és talán SUSY részecskéket is.

A Higgs-bozon felfedezésének csatornája:

pp ÿ H ÿ ZZ ÿ 4ℓ

Az LHC gyorsítógyűrű

Az LHC alagút

Az ATLAS és a CMS detektorok

Az ATLAS úszna a vízen, a CMS tömge 1 Eiffel torony tömegével kb. egyenlő

A részecskecsaládok száma

A részecskecsaládok száma 1.

A részecskecsaládok száma 2.

x = e, müon, tau, hadron, neutrinó (nem látható)

A részecskecsaládok száma 3.Ax: elágazási arány Γx/Γteljes

n: nem látható, azaz neutrínó.

Az ősrobbanás

Amikor az atomok befogták az elektronokat, akkor a világegyetem átlátszóvá vált. Az akkori (380 000 éves Világegyetem) fotonjait háttérsugárzásként érzékeljük.

A mikrohullámú kozmikus háttérsugárzás

WilkinsonMicrowaveAnisotropyProbe

13 milliárd éve kezdte az útját a maradványsugárzás. Útja alatt a Világegyetem tágult, a hullámhosszak növekedtek, jelenleg a mikrohullámnál (néhány cm) van a maximum.

Temperature Maps

Föld

Világ-egyetem

…azaz a Világegyetem sík

A Világegyetemösszetétele

Köszönöma

figyelmet!

A neutrínóoszcilláció

Atmoszférikus oszcilláció