Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika1 Atommag és részecskefizika Tematika, történeti áttekintés.

Az előadások a következő témára: "Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika1 Atommag és részecskefizika Tematika, történeti áttekintés."— Előadás másolata:

1

2 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika1 Atommag és részecskefizika Tematika, történeti áttekintés

3 http://www.nupecc.org/npn/npn254.pdf Dr. Krasznahorkay AttilaMagfizika2

4 Experimental Nuclear Physics and Its Applications Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika3 While Atomki scientists run many successful projects as spokespersons in various large-scale facilities, here we list two local activities as examples showing that the low energy range of particles that can be reached by our accelerators can lead to interesting discoveries.

5 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika4 Another example is the high-precision study of IPC (Internal Pair Creation) in the decay of iso-vector and isoscalar magnetic transitions in light nuclei such as 8Be. In this case, the shape of the angular correlation can give a hint on the existence of a light neutral isoscalar particle. Such a particle might be a good candidate for the relatively light mediator of the secluded WIMP dark matter scenario, or the dark Z suggested recently for explaining the muon anomalous magnetic moment.

6 http://mta.hu/tudomany_hirei/a-sotet- fotonra-utalo-jeleket-figyeltek-meg- debrecenben-105693 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika5

7 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika6 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

8 Richard P. Feynman Nobel díj: 1965 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.”

9 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 LHC MeV, GeV HadronBarion, Mezon MüonPion Neutrinó Fermion, BozonKvark Gluon Pozitron

10 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika9 A világunk legalapvetőbb összetevőit vizsgáljuk A fizika jövője A fizikai képünk alapvető átalakulása várható Az LHC (Nagy Hadron Ütköztető) jelenleg áll. Az újraindítása ezen félévben történik meg Nyomon fogjuk követni az eseményeket

11 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika10 Légifelvétel a CERN-ről Genfi-tó Jura LEP/ LHC SPS PS Franciaország Svájc

12 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika11 Néhány adat az LHC-ről A protonok energiája 6.5 TeV ami 6500 szer nagyobb energia mint amit a proton nyugalmi tömege jelent (E = mc 2 ). 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.

13 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika12 Detektorok Félig kitöltené a Notre Dame katedrálist Több vas van benne mint az Eiffel toronyban 50 μm pontosság 1000 számítógépből álló farm

14 (hadron zápor) (e + ) (e - ) (-)(-) Ízelítő: W/Z: Keletkeznek és azon nyomban el is bomlanak W   e   vagy    Z 0  e + e - vagy  +  - 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.

15 p p A Higgs bozon sok különböző módon bomolhat el, pl: H 0   H 0  Z 0 +Z 0*  ee/  + ee/  (a gammák és leptonok adatait mérhetjük és ebből a H tömege meghatározható Figyelem! Azonnal bomlanom kell! Életem mindössze ~10 -25 sec ! Most pedig néhány szó a Higgs bozon keletkezéséről és bomlásáról

16 H 0   H 0  Z 0 Z 0 *  (  )+(  )      A Higgs bozon felfedezése a CERN LHC CMS és ATLAS kísérletében

17 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika16 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

18 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika17

19 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika18 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:

20 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika19 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.

21 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika20 magerő (nukleáris kölcsönhatás ) Mi tartja össze az atommag nukleonjait? Yukawa (1935): ezt a kölcsönhatást egy kb. 200 m 0 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.

22 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika21

23 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika22

24 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika23

25 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika24

26 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika25

27 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika26

28 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika27

29 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika28 Az atommagok birodalma Stabil magok Radioaktív bomlás Részecskegyorsítók (p,d, α) Nehézionok (α  U)

30 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika29 A RIKEN (Tokio) radioaktív nyalábgyár Gyors NI nyalábok SHE (Z=110, 111, 112, 113) 135 MeV/nucleon (könnyű magokra) 350 MeV/nucleon az U ig !!! Nemrég készült el! ~5 MeV/nucleon RI nyalábok (<5 AMeV) pol. d nyalábok

31 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika30 UNILAC SIS FRS ESR SIS 100/300 HESR Super FRS NESR CR RESR Az európai magfizikai kutatások fellegvárának tervei a GSI -ben : FAIR - Facility for Antiproton and Ion Research 100 m 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

32 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika31 UNILAC SIS FRS ESR SIS 100/300 HESR Super FRS NESR CR RESR F ő kutatási területek 100 m Hadronfizika antiprotonokkal Magszerkezet-kutatások & mag-asztrofizika radioaktív nyalábokkal Plazmafizika nehézionokkal & nagy- intenzitású petawatt-lézerekkel A maganyag vizsgálata 35-45 GeV/u NI nyalábokkal Nagy EM térerősségek (NI) --- Alapvető kölcsönhatások (NI & p) Alkalmazások (NI)

33 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika32 Atomfizika Magfizika Hadronfizika Relativisztikus nehézion fizika QGP Részecskefizika

34 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika33 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.

35 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika34 A standard modell (Nobel díj 2004: Gross, Politzer, Wilczek) A standard modell (Nobel díj 2004: Gross, Politzer, Wilczek)

36 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika35 Az Univerzum története NAGY BUMM Részecskegyorsítók

37 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika36 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 %

38 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika37 Ismerjük a sötét anyag tulajdonságait Nem barionikus DM: egyértelmű bizonyítékok a standard modellen túli fizikára ! Hideg (2000) Stabil

39 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika38

40 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika39

41 Dr. Krasznahorkay Attila Magfizika40 Fantasztikus korban élünk. Fizikai képünk az elkövetkez ő években valószín ű leg alapvet ő en át fog alakulni. Vegyünk részt ebben a folyamatban! Sok sikert kívánok mindenkinek az egyre újabb felfedezésekhez!