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

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). http://fizika.ttk.unideb.hu/kisfiz/Raics Kiss Dezső, Horváth Ákos, Kiss Ádám, Kiséleti atomfizika, ELTE Eötvös Kiadó (1998). K.N. Muhin: Kísérleti magfizika, Tankönyvkiadó, Budapest (1985). http://www.atomki.hu/~kraszna Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

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

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

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

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

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

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

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.

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

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

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 (1909-10) 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

Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

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

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

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

Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

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

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

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 35 - 45 GeV/u-ig Pontosság: nyalábhűtés 100 m Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

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

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

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

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

Az Univerzum története Részecskegyorsítók NAGY BUMM Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

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

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

Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika

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