Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

A részecskék világa, a CERN, az LHC, és a Grid Debreczeni Gergely (MTA KFKI RMKI)‏

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "A részecskék világa, a CERN, az LHC, és a Grid Debreczeni Gergely (MTA KFKI RMKI)‏"— Előadás másolata:

1 A részecskék világa, a CERN, az LHC, és a Grid Debreczeni Gergely (MTA KFKI RMKI)‏

2 Felfedezések, történelem Az elemi részecskék Alapvető kölcsönhatások A Nagy Bumm Miért és hogyan kutatjuk a Világegyetemet Fekete lyukak, sötét anyag, sötét energia A Nagy Hadron Ütköztető, az LHC Az LHC Grid Irány a CERN ! Miről szól ez az előadás ?

3 Már az ókori görögök is... Demokritosz, görög filozófus (kb. i.e )‏ Az 'atom' fogalma már nagyon régi dolog... Jelentése: oszthatalan Demokritosz szerint a világ az 'ürességből' és az abban elhelyezkedő 'oszthatalan részecskékből' áll. Az atomok egymással ütköznek ez okozza mozgásukat, de a mozgás okát nem igazán tudták megmagyarázni. Demokritosz mondta egyszer: «... inkább egy oksági magyarázatot találni, mint a persza királyság birtokába jutni! » Hatalmas viták és eszmecserék olyan dolgokról amelyet akkortájt esélyük sem volt tudományosan ellenőrizni.... :-)

4 Sir Isaac Newton ( )‏ J. J Thomson ( )‏ Ernest Rutherford ( )‏ James Chadwick ( )‏ 1932 Frederick Reines ( )‏ C.D. Anderson ( )‏ Felfedezések Murray Gell-Mann (1929- )‏ Carlo Rubbia (1934- )‏ Gravitációs törvények Elektron felfedezése Atommagok felfedezése Neutron felfedezése Pozitron felfedezése Neutrínó felfedezése W bozon felfedezése

5 Nagyságrendek

6 Nagyságrendek – Hunyadi János A nándorfehérvári diadal a magyar–török háborúk egyik jelentős eseménye, amelynek során július 4–21. között a keresztények hősiesen védték Nándorfehérvár (a mai Belgrád) várát II. Mehmed török szultán több mint tízszeres túlerőben levő ostromló seregével szemben, majd július 22-én Hunyadi János vezetésével a vár melletti csatában legyőzték a törököket. Állítólag mikor július 14-én Hunyadi János áttörte II Mehmed ostromzárát, hogy Szilágyi Mihály segítségére siessen egy hatalmas 'Isten nevében előre !!!' kiáltással indította el az ütközetet. Ekkor kb 2.0 liter levegőt préselt ki tüdejőből ! Azóta eltelt kb 550 év.... Mi annak a valoszinűsége, hogy ma amikor levegőt veszünk belélegezzük, Hunyadi János lehelletét ? - Föld sugara: 6378 km - A légkör magassága: 15 km - A légkör térfogata: 4./3.*3.14*( ^3-6378^3)= *10^18 m^3 = *10^21 dm^3 - 2 liter=2 dm^3= mol = 4.915*6*10^22 reszecske Minden dm^3-ben van ~ kb 10 db molekula !!! Minden egyes lélegzetünkkel belélegzünk 1-2 molekulát biztosan !

7 Az elemi részecskék

8 Az anyagi részecskék - fermionok A molekulák atomokból épülnek fel Az atomok az atommagból és az elektronhéjból. Az atommag a protonokból és a neutronokból A protonok és a neutronok pedig kvarkokat tartalmaznak. Jelenleg a kvarkok az eddig ismert 'legkisebb' összetevői az anyagnak. 6 féle kvarkot ismerünk.

9 Alapvető kölcsönhatások Gravitációs Elektromágneses Gyenge Erős Az részecskék kölcsönhatásait a köztük ható erők tulajdonságai határozzák meg. Ma 4 alapvető erőt ismerünk. Ezek az erők nagyon eltérő tulajdonságúak, különbözőképpen hatnak a részecskékre. Amikor a részecskék kölcsönhatnak egymással akkor a köztük ható erők szintén más tipusú, részecskékként jelenik meg. Ezek az erőközvetítő részecskék, a bozonok.

10 Alapvető kölcsönhatások Gravitációs Résztvevők: Mindenki akinek tömege van. Hatása: Nagyon nagy tömegek nagyon kicsi távolságokban érvényesül. Vonzó jellegű Elektromágneses: Résztvevők: Mindenki akinek elektromos töltése van. Hatása: Atomok molekulák szintjén, illetve hétköznapi méretekben. Vonzó és taszító is lehet.

11 Alapvető kölcsönhatások Az Erős kölcsönhatás Résztvevők: Mindenki akinek színtöltése van, vagyis a kvarkok. Hatása: Atommagon belül, nagyon kis távolságokban, kvarkok között. Vonzó jellegű A Gyenge kölcsönhatás: Résztvevők: Minden ismert részecske. Hatása: Kis távolságokban, a részecskék tipusát változtatja meg.

12 Alapvető kölcsönhatások - bozonok Az erőket részecskék közvetítik: Elektromágneses: foton Erős: gluonok Gyenge: W és Z bozonok Gravitációs: graviton ???? A különböző erők máshogy és máskor hatnak a részecskékre. Erősségük változik a részecskék energiájával. Úgy viselkednek kicsit mint egy családon belül az erőviszonyok. Apa az 'erős' Anya a 'gyengéd', A gyerekek 'elektromosak', De mindenki 'gravitál'. Az egyes erők szerepe, jelentősége a család életében változik.

13 Hogyan és miért kutatjuk a részecskéket Miért kutatjuk részecskéket ? Mert érdekes... Mert kiváncsiak vagyunk a világ szerkezetére... Mert tudni akarjuk, hogy « honnan jöttünk és, hogy hová megyünk », mi lesz a világegyetem sorsa... Mert sokminden mást is feltalálunk, kifejlesztünk közben... Hogyan kutatjuk ? A világegyetem megfigyelésével (távcsövek, radarok)‏ A kozmikus részecskék detektálásával Gyorsítók, ütköztetők építésével

14 Hogyan kutatjuk ? A Világegyetem megfigyelésével...

15 A Világegyetem története

16 A Nap A Nap a legközelebbi csillag, nagyon jól ismerjük. Vizsgálatával nagyon nagyon sokat megtudtunk a Világegyetemről ! Lényegében minden fajta kölcsönhatást vizsgálhatunk a Nap megfigyelésével, csak a megfelelő módon kell nézni. A Nap melege a magjában zajló hidrogénfúzió hatására keletkezik.

17 A neutrínók A neutrínók nagyon különös részecskék: Szinte mindenen áthaladnak Tömegük nagyon-nagyon kicsi Ők a Világegyetem kezdetének hírnökei Szükségesek a nehezebb elemek 'elkészítéséhez' Segítségükkel a Nap belsejébe tekinthetünk Kiszámoltuk mennyi neutrínó keletkezik. Megmértük a Földön, de nem egyezik ! Sokkal kevesebb érkezik mint amire számítunk, eltünnek ! Ez a Nap neutrínók problémája.

18 A neutrínók A neutrínók nagyon különös részecskék: Szinte mindenen áthaladnak Tömegük nagyon-nagyon kicsi Ők a Világegyetem kezdetének hírnökei Szükségesek a nehezebb elemek 'elkészítéséhez' Segítségükkel a Nap belsejébe tekinthetünk

19 A neutrínók A jelenlegi elmélet szerint a neutrínók átalakulhatnak egymásba. Tehát a Napból elinduló 'elektron neutrínók' átalakulhatnak 'müon neutrínókká' és fordítva. Ez csak akkor történhet meg, ha a neutrínóknak van tömege. A tömeg nagyon fontos.

20 A neutrínók – üzenetküldés ? Mivel a neutrínók nagyon nagy távolságokat utazhatnak talán jeleket lehetne velük küldeni... Sokkal messzebre utaznak mint a fotonok, az elektromágneses hullámok.

21 A sötét anyag A bolygók, galaxisok mozgását a gravitációs törvények határozzák meg. Ki lehet számolni mekkor a galaxisok tömege, milyen gyorsan mozognak a csillagok. Ellentmondás a megfigyelésekkel !!! Gyorsabban mozognak, tehát több tömeg van ott mint amennyit látunk. Ezt az ismeretlen dolgot nevezzük sötét anyagnak. ( Egy lehetséges megoldás nagy tömegű, semleges ismeretlen részecskék.)‏

22 A sötét energia

23 Fekete lyukak Egy csillag élete: Mikor összeesik a csillag egy fekete lyuk keletkezhet belőle. Ehhez az szükséges, hogy a csillag nagyon nehéz legyen tehát az összeomlás után nagyon közel kerüljenek egymáshoz a részecskék. A fekete lyuk gravitációs ereje olyan nagy, hogy még a fénysugár sem tud kiszökni belőle. Ebben az esetben a gravitációs kölcsönhatás a meghatározó.

24 A Világegyetem története

25 Energia és a tömeg E = m*c^2 Az energia átváltható tömeggé. A váltószám c*c. Nem akármilyen mennyiségek válthatók át, hanem bizonyos jól meghatározott tömegekbe válthatunk be energiát. A részecskék tömege egy mintázatot követ, akárcsak a pénzérmék. Ezt a mintázatot nem értjük. Miért pont ennyi a részecskék tömege ?

26 Energia és a tömeg E = m*c^2 Miért pont ennyi a részecskék tömege ? Peter Higgs Peter Higgs elmélete megmagyarázza, hogy miért is van a részecskéknek tömege. (Higgs mechanizmus)‏ Még nem bizonyított, ez lesz az LHC fő feladata. (Europa vs. Amerika)‏

27 A Higgs mechanizmus

28 Hogyan kutatjuk ? A kozmikus részecskék megfigyelésével...

29 Kozmikus részecskék A világűrből érkező részecskék becsapódnak a Föld légkörébe, ahol más atomokkal ütköznek. Ezekben az ütközésekben keletkezett másodlagos részecskéket figyeljük meg detektorainkkal. A kozmikus részecskéknek hatalmas energiájuk van, nem tudjuk honnan jöttek, hogyan keletkeznek.

30 Kozmikus részecskék A legnagyobb energiával rendelkező kozmikus részecskéknek akkora energiájuk lehet, mint amekkora a Muhammad Ali világbajnok bokszoló ütése !!!

31 Hungarian Teacher Program, CERN, 2006 augusztus 25. Debreczeni Gergely, CERN IT/Grid Deployment Group 31 Kozmikus részecskék

32 A Világegyetem története Egy pillanatképet látunk. Ahhoz, hogy el tudjuk dönteni mi lesz a vége tudnunk kell, hogy hogyan indult.

33 A Világegyetem története A múltba tekinthetünk nagyon távoli galaxisok megfigyelésével, vagy nagyon nagy energiák előállításával....

34 Hogyan kutatjuk ? Gyorsítók, ütköztetők építésével...

35 Mi történik a CERN-ben ? A CERN a világ legnagyobb részecskefizikai laboratóriuma. A CERN egy Európai intézet (és egyben infrastruktúra) mely egy világméretű technikai és emberi közösséget hivatott kiszolgálni. A CERN részecskegyorsítóinak segítségével olyan alapvető kérdésekre válaszolunk, mint: o hogyan született a Világegyetem ? o miért van a dolgoknak tömege ? o hogyan viselkedik az antianyag ? Genf belvárosa CERN Az LHC alagút Mont Blanc, 4810 m 22 tagország 3000 alkalmazott további 9000 a világban 86 nemzetiség dolgozik itt helyben 27 km hosszú részecskegyorsító a Föld alatt

36 Mi történik a CERN-ben ?

37 A részecskegyorsítás lépései A részecskéket több lépcsőben fokozatosan kell felgyorsítani a végső energiára. Ehhez sok berendezés, több gyorsító szükséges !

38 Mi történik a CERN-ben ? A gyorsítómágnesek az alagútban 3800 csomag, minden csomagban sokmilliárd proton, másodpercenként 800 millió ütközés.

39 Mi történik a CERN-ben ?

40 A részecskék ütközésében energia szabadul fel, amely aztám más ismert és ismeretlen részecskékké alakul. A kirepülő részecskék kölcsönhatnak a detektorral, abban elektromos jeleket keltenek. Ezeket az elektromos jeleket dolgozzuk fel, figyeljük meg.

41 Mi történik a CERN-ben ?

42

43

44

45

46 Nagyságrendek A teljes részecskenyaláb energiája kb akkora mint egy 400 tonnás 200 km/h -val száguldó TGV vonat mozgási energiája. A mágneses tér energiája pedig ennek 30- szorosa !!! 1 db proton energiája egy repülő szunyog mozgási energiájával egyezik meg. Két ütközés közötti időtartam alatt (25 ns) egy utasszállító repülő kisebb távolságot tesz meg mint egy emberi hajszál átmérője.

47 Mit is csinálunk ? Ütköznek a protonok Energia szabadul fel Az energiából más részecskék keletkeznek az átváltás (E=m*c^2) szabályai és a tömegmintázat alapján Az új részecskék becsapódnak a detektorokba és ott jeleket keltenek Ezeket az elektromos jeleket feldolgozzuk, átkonvertáljuk és számítógépeken tároljuk, Megprobálunk visszakövetkeztetni, hogy hogy is zajlott le az ütközés, milyen erők játszottak szerepet. « Ez az egész kicsit olyan mintha egy rádiót a falhozcsapnánk és a szétrepülő darabkák árnyékainak fényképéből kéne megmondani, hogy mi is volt az adás.... » Egy ütközés számítógépes szimulációja

48 Az indulás... A dipolmágnesek áramának fokozatos növelése (kb A). A 8 szektorból 7 sikeresen beindult. Szept. 19: A 8. szektorban kiolvadt egy forrasztás két mágnes között. Sokezer Volt feszültség, ív, lyuk a hűtőrendszer csövén, több tonna szuperfolyékony hélium lökésszerűen kiáramlott, kilökve helyéről több 35-tonnás mágnest. 53 egységet (39 terelőmágnest és 14 kisebb mágnest) kellett a felmelegíteni, a felszínre hozni. A felmelegítés hónapokig tart. Tartalékokból pótolták, illetve megjavították őket.

49 Az indulás...

50 Grid - A kezdetek Wim Klein (http://stepanov.lk.net/mnemo/smith34e.html) Képes volt egy 133 számjegyből álló szám 19-dik gyökét fejben meghatározni. Egyszerű matematikai műveletekben jóval gyorsabb volt kora számítógépeinél.

51 Az első számítógépek 1958-’61: Az első valódi nagyszámítógép a CERN-ben, a MERCURY. Két 40 bites szám összeadása 180, szorzása 300 us-ig tartott. Lyukszallag programozás – ban elajándékozták a lengyel ‘ásványtani és bányászati’ minisztériumnak.

52 Az első számítógépek IMB ’63: Az IBM709-es 4x gyorsabb a MERCURY-nál. Mágnes szallagos egysége 200 bpi sűrűséggel ír/olvas. Támogatja a FORTRAN programozási nyelvet !

53 Miért is a CERN-ben találták ki/fel a WEB-et ? A tudományos kutatásban rendkívül fontos az információ és az ötletek szabad áramlása, elérhetősége, főleg annyira komplex tudományterületen mint a részecskefizika. A CERN 80 országban dolgozó 6500 kutató nagy közös barkácsműhelye. A CERN hagyományosan a tudományos számítástechnika és hálózati infrastruktúra éllovasa már egészen a kezdetektől. Az CERN előző nagy munkájának tervezésekor kritikus fontosságúvá vált az információ gyors, könnyű és globális megosztásának megvalósítása.

54 Hogyan kezdődött ? 1989-ben Tim Berners-Lee nyilvánosságra hozta javaslatát: ‘Information management: a proposal’, hogy a jövőben felépülő Large Hadron Collider (LHC) információs rendszerére javaslatot tegyen ben az első www rendszerek meglátták a napvilágot a CERN programozói keretrendszerébe beágyazva ban megjelent az első és sokáig népszerű Mosaic böngésző (browser). Ekkora már 500 webszerver van a világon és a webes forgalom a teljes internet forgalom 1%-t is eléri ! Sir Timothy "Tim" John Berners-Lee

55 … mega, giga, tera, peta, exa, …. 1 Megabyte (1MB)‏ Egy digitális fénykép 1 Gigabyte (1GB) = 1000MB 5GB = Egy DVD film 1 Terabyte (1TB)‏ = 1000GB A világ egy éves könyvtermése 1 Petabyte (1PB)‏ = 1000TB Az LHC kísérletek éves adattermelése 1 Exabyte (1EB)‏ = 1000 PB 3EB = A világ éves információtermelése De: ‘5 kiló’ = 500 forint Másodpercenként 40 millió ütközés a detektorokban. Az ‘érdekes’ események kiválogatása után másodpercenként néhány 100 esemény lesz elmentve. 3-4 MegaByte eseményenként nagyobb mint 1GB/sec tárolási sebességet igényel. több mint 10 milliárd ütközés évente kb 10 PetaByte adatmennyiséget jelent Kb 10x ennyi Monte Carlo szimuláció szükséges !!!

56 Az LHC adatözöne Az LHC kisérletek millió Gigabyte adatot termelnek évente. (Kb 20 millió CD.)‏ Ennek feldolgozása napjaing leggyorsabb asztali processzoraiból kb darabot igényel Ezt nem lehet egy helyre bezsúfolni így számos együttműködő, összekapcsolt számítóközpontra van szükség

57 A CERN számítógép központja Élvonalbeli számítógépekkel felszerelt gépterem, alapvetően ‘hétköznapi’ (értsd: kipróbált, megbízható) megoldásokkal. Több mint 3000 kétprocesszoros számítógép Kb 10 PetaByte adat merevlemezeken és szallagon Probléma: sehol sincs elég hely Megoldás: Az LHC Computing Grid (LCG) (több mint 180 központ világszerte)‏

58 A CERN számítógép központja

59 Példa: Madárinfluenza A neuraminidase, a két leggyakoribb felületi protein egyikke elősegíti a fertőzött sejtekben található virionok eltávolitását. Kép: Ying-Ta Wu, AcademiaSinica. Az EGEE-t használták, hogy a madárinfluenza elleni lehetséges hatóanyag közül meghatározzák a legnagyobb eséllyel alkalmazhatókat számítógép 60 intézetben (Oroszország, Európa, Taiwan, Izrael, stb…) számolt 4 héten át. Ez egy számítógépnek 100 évébe telt volna. Lehetséges ellenszereket sikerült azonosítani !

60 Az közösség Az képernyővédő Csapatok és egyének ‘versenyezhetnek’ egymással, pontokat gyüjtenek A project helyzete, eredmények, hírek és érdekességek jelennek meg a weboldalon a szervezők felügyelete alatt. Felhasználói fórumok a kapcsolódó tudományos kérdések megvitatására. A résztvevők nagy érdeklődést mutatnak a CERN és az LHC iránt. Egymással is megosztják ezirányú tudományos ismereteiket

61 Részecskefizika a mindennapokban Pozitron-elektron tomográfia (PET) Hadron terápia Müonspin-rezonancia módszer (kémia, fizika) Gyorsítók a gyógyászatban Programozási technikák (lásd még: bankok, világválság) Műszaki szabadalmak A World Wide Web A Grid stb, stb...

62 Irány a CERN ! – Szent László Gimnázium látogatása február Szent László Gimnázium látogatása Németh Szilvia fizika tanárnő szervezésében LHC alagút, Asacusa, antianyag, számítógépközpont, mikrokozmosz, ködkamra építés, Grid, előadások, Genf....

63 Irány a CERN ! – Szent László Gimnázium látogatása

64 Konkluzió helyett „Van egy elmélet, miszerint, ha egyszer kideürlne, hogy mi is valójában az Univerzum, és mit keres itt egyáltalán, akkor azon nyomban megszűnne létezni, és valami más, még bizarabb, még megmagyarázhatatlanabb dolog foglalná el a helyét” „Van egy másik elmélet, amely szerint ez már be is következett” (Douglas Adams: Vendéglő a világ végén) Köszönöm a figyelmet ! Bármilyen kérdésre a késöbbiekben is szivesen válaszolok ! „A világegyetem legnagyobb talánya, annak megérthetősége!” (Albert Einstein)


Letölteni ppt "A részecskék világa, a CERN, az LHC, és a Grid Debreczeni Gergely (MTA KFKI RMKI)‏"

Hasonló előadás


Google Hirdetések