Atommag és részecskefizika

Az előadások a következő témára: "Atommag és részecskefizika"— Előadás másolata:

1 Atommag és részecskefizika
Tematika, történeti áttekintés Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

2 Ajánlott irodalom Fényes Tibor: Atommagfizika (2005) DE, Debrecen
Fényes Tibor: Részecskefizika (2007) DE, Debrecen Raics Péter: Bevezetés a mag- és részecskefizikába, DE jegyzet, Debrecen (2002). Kiss Dezső, Horváth Ákos, Kiss Ádám, Kiséleti atomfizika, ELTE Eötvös Kiadó (1998). K.N. Muhin: Kísérleti magfizika, Tankönyvkiadó, Budapest (1985). Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

3 Előszó „Sok új dolgokról fogok most
maguknak beszélni, amik gyakran bonyolultak is… Szeretném most meggyőzni magukat, hogy ne adjátok fel ha nem értik. Más fizikus hallgatók sem értik… És ez azért van mert magam sem értem. Senki nem érti.” Richard P. Feynman Nobel díj: 1965

4 Figyelem! Karemelési gyakorlatokkal kezdünk.
Ismerősek-e Önöknek az alábbi szavak? Aki már hallott róla emelje fel az egyik karját Aki valamit tud is ezekről az két karjának emelésével jelezze. CERN MeV, GeV LHC Hadron Barion, Mezon Pozitron Müon Pion Neutrinó Gluon Kvark Fermion, Bozon

5 A világunk legalapvetőbb összetevőit vizsgáljuk
A fizika jövője A fizikai képünk alapvető átalakulása várható Az LHC (Nagy Hadron Ütköztető) újraindítása éppen most történik meg Nyomon fogjuk követni az eseményeket Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

6 Légifelvétel a CERN-ről
Genfi-tó Jura LEP/ LHC Franciaország SPS Svájc Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika PS

7 Néhány adat az LHC-ről A protonok energiája 6.5 TeV ami 6500 szer nagyobb energia mint amit a proton nyugalmi tömege jelent (E = mc2). A tárológyűrű teljes töltettel annyi kinetikus energiát jelent, mintha 900 kocsi 100 km/h sebességgel haladna. A gyűrű kerülete 27 km. Kb. 100 m mélyen. Egy nyaláb csomag 2-3 cm hosszú és 16 μm átmérőjű. 600 millió ütközés másodpercenként. Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

8 Detektorok Félig kitöltené a Notre Dame katedrálist
Több vas van benne mint az Eiffel toronyban 50 μm pontosság 1000 számítógépből álló farm Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

9 Z0  e+e- vagy +- W  e  vagy 
(-) Ízelítő: W/Z: Keletkeznek és azon nyomban el is bomlanak W  e  vagy  Z0  e+e- vagy +- (hadron zápor) (e+) (e-) Mint láthatják mindkét esetben vannak „elektronos” és vannak „müonos” bomlások. Kíváncsiak vagyunk arra, hogy vajon melyikből mennyi? Persze szeretnénk megismerni a keletkező részecske tömegét is. A Z-bozon esetén szerencsénk van: a lepton-pár adatait (impulzus) mérhetjük és ebből a Z tömege számolható. A W tömegének meghatározása ebből a bomlásból nem megoldható: a neutrinó „megszökik” a mérésünk elől. Csak az elvitt energia „hiányát” tapasztaljuk.

10 p Most pedig néhány szó a Higgs bozon keletkezéséről és bomlásáról
(a Standard Modell kapcsán már beszéltünk a szerepéről) Figyelem! Azonnal bomlanom kell! Életem mindössze ~10-25 sec ! p A Higgs bozon sok különböző módon bomolhat el, pl: H0   H0  Z0+Z0*  ee/ + ee/ (a gammák és leptonok adatait mérhetjük és ebből a H tömege meghatározható

11 A Higgs bozon felfedezése a CERN LHC CMS és ATLAS kísérletében
H0  Z0Z0* ()+()      

12 Történelem A rádioaktivitás felfedezése (Becquerel, 1896)
J.J.Thomson vizsgálatai (1897) a katódsugárban elektronok mozognak, amelyek tulajdonságai függetlenek a kibocsátó anyagtól. Thomson „mazsolás pudding” atom-modellje (1904). Rutherford és munkatársainak mérései: Geiger és Marsden vizsgálta ( ) A XIX. század vége az anyag végeredményben oszthatatlan atomokból épül fel. A Rutherford-féle atommodell tehát olyan, mint egy miniatűr Naprendszer Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

13 Dr. Krasznahorkay Attila
Magfizika

14 Hogyan mozognak az elektronok a mag körül? Miből áll az atommag?
Az atomi tömegek szisztematikus mérése (Aston, 1919) Az atomi tömegek értéke közel esik a hidrogén atom tömegének egész számú többszöröséhez Az atommagok felépítésében fontos szerepe van a H-atom magjának. Rutherford és Blackett kísérlete: Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

15 az atommagok tömegszáma 2‑2.5-szerese a rendszámnak
Chadwick kísérletei (1932) Heisenberg és Ivanenko: az A tömegszámú, Z töltésű atommag Z számú protonból és N neutronból áll. Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

16 magerő (nukleáris kölcsönhatás )
Mi tartja össze az atommag nukleonjait? Yukawa (1935): ezt a kölcsönhatást egy kb. 200 m0 tömegű részecske közvetíti. Powell (1947) a kozmikus sugárzásban kimutatta a megjósolt tulajdonságú részecskét, a pi-mezont. A mag-hasadás felfedezése (Hahn, Strassmann 1939) gyakorlati szempontból is jelentős volt: 1942-ben már működött az első atomreaktor. Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

17 Dr. Krasznahorkay Attila
Magfizika

18 Dr. Krasznahorkay Attila
Magfizika

19 Dr. Krasznahorkay Attila
Magfizika

20 Dr. Krasznahorkay Attila
Magfizika

21 Dr. Krasznahorkay Attila
Magfizika

22 Dr. Krasznahorkay Attila
Magfizika

23 Dr. Krasznahorkay Attila
Magfizika

24 Az atommagok birodalma
Stabil magok Radioaktív bomlás Részecskegyorsítók (p,d, α) Nehézionok (α  U) Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

25 A RIKEN (Tokio) radioaktív nyalábgyár
Gyors NI nyalábok A RIKEN (Tokio) radioaktív nyalábgyár SHE (Z=110, 111, 112, 113) ~5 MeV/nucleon pol. d nyalábok 135 MeV/nucleon (könnyű magokra) 350 MeV/nucleon az U ig !!! RI nyalábok (<5 AMeV) Nemrég készült el! Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

26 Az európai magfizikai kutatások fellegvárának tervei a GSI-ben: FAIR - Facility for Antiproton and Ion Research UNILAC SIS FRS ESR SIS 100/300 HESR Super NESR CR RESR Jelenlegi Tervezett Jelenlegi nyalábok: Z = 1 – 92 (protontól uránig) Max.: 2 GeV/u Tervezett nyalábok: Intenzitás: 100 – 1000 szeres Rendszám: Z = -1 – 92 (anti-protontól uránig) Energiák: egészen GeV/u-ig Pontosság: nyalábhűtés 100 m Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

27 Fő kutatási területek A maganyag vizsgálata 35-45 GeV/u NI nyalábokkal
UNILAC SIS FRS ESR SIS 100/300 HESR Super NESR CR RESR Magszerkezet-kutatások & mag-asztrofizika radioaktív nyalábokkal Hadronfizika antiprotonokkal Plazmafizika nehézionokkal & nagy- intenzitású petawatt-lézerekkel Nagy EM térerősségek (NI) Alapvető kölcsönhatások (NI & p) Alkalmazások (NI) 100 m Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

28 Relativisztikus nehézion fizika QGP Részecskefizika
Atomfizika Magfizika Hadronfizika Relativisztikus nehézion fizika QGP Részecskefizika Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

29 A kvarkok közötti erős kölcsönhatást a gluonok (1979) közvetítik.
Hofstadter (1970) "új Rutherford kísérlet". A proton is összetett részecske: három u.n. parton alkotja, amelyek a már korábban elméleti úton megjósolt kvarkokkal azonosíthatók (Gell-Mann, 1964). A kvarkok közötti erős kölcsönhatást a gluonok (1979) közvetítik. A kvantum-színdinamika (QCD) A kvark-gluon plazma kísérleti kimutatása (pl. relativisztikus nehéz-ion reakciókban) még a jövő feladata. Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

30 A standard modell (Nobel díj 2004: Gross, Politzer, Wilczek)
Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

31 Az Univerzum története
Részecskegyorsítók NAGY BUMM Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

32 Népszámlálás az Univerzumban
Fizika a standard modellen túl A sötét anyag kutatásának első motivációja A rotációs görbék tanulmányozása Sötét anyag-glória a galaxisok körül Népszámlálás az Univerzumban Csillagok és galaxisok csak: 0.5 % Neutrínók: 0.3 – 10 % Az ismert anyag: 5 % Sötét anyag: ≈ 30 % Sötét energia ≈ 65 % Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

33 DM: egyértelmű bizonyítékok a standard modellen túli fizikára !
Ismerjük a sötét anyag tulajdonságait Stabil Nem barionikus Hideg (2000) DM: egyértelmű bizonyítékok a standard modellen túli fizikára ! Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

34 Dr. Krasznahorkay Attila
Magfizika

35 Dr. Krasznahorkay Attila
Magfizika

36 Fantasztikus korban élünk
Fantasztikus korban élünk. Fizikai képünk az elkövetkező években valószínűleg alapvetően át fog alakulni. Sok sikert kívánok mindenkinek az egyre újabb felfedezésekhez! Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika