A mai nap programja (2009) 9.40 Megnyitó, szervezési kérdések 9.40 Megnyitó, szervezési kérdések 10-12 előadás szünettel 10-12 előadás szünettel ebéd.

Az előadások a következő témára: "A mai nap programja (2009) 9.40 Megnyitó, szervezési kérdések 9.40 Megnyitó, szervezési kérdések 10-12 előadás szünettel 10-12 előadás szünettel ebéd."— Előadás másolata:

1

2 A mai nap programja (2009) 9.40 Megnyitó, szervezési kérdések 9.40 Megnyitó, szervezési kérdések 10-12 előadás szünettel 10-12 előadás szünettel ebéd ebéd 13.00-14.00 Intelligens otthon 13.00-14.00 Intelligens otthon 14.00-16.00 Mérés 14.00-16.00 Mérés 16.00-18.00 Videokonferencia 16.00-18.00 Videokonferencia A nap zárása A nap zárása

3 Lássuk a részecskéket! A CERN sajátkezűleg honlappal

4 1. 1. A méréshez szükséges alapismeretek 2. 2. Részecskefizikai mozaik, ha lesz idő 1. 1. A méréshez szükséges alapismeretek 2. 2. Részecskefizikai mozaik, ha lesz idő

5 1. rész A méréshez szükséges alapismeretek

6 Lássuk…

7 Diffúziós ködkamra -  (He 2+ ) forrással CO ice 2 Thermos  source LED Copper plate Copper rods High Voltage 100-200 V=   Isopropyl alc. source Particle tracks T increase Fig. 2: Systematic diagram of cloud chamber  (He2+) forrás alkoholos vatta szilárd CO 2 – „szárazjég” hőszigetelő termosz LED 300 V-os feszültség

8 Egy e + e - ütközés eredménye

9 CERN 1954-ben 12 ország alapította 1954-ben 12 ország alapította Ma: 20 tagállam Ma: 20 tagállam 7000-nél több felhasználó a világ minden tájáról 7000-nél több felhasználó a világ minden tájáról

10 A CERN felülnézetből

11 A gyorsítólánc

12 Detektor - ütközőnyaláb

13 Eperből körte?

14 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

15 - Az elektromos vonzást fotonok közvetítik

16 Protonokból (p) és neutronokból (n) áll. Az atommag pozitív töltésű A protonok és neutronok kvarkokból állnak A kvarkok „színtöltést” hordoznak A kvarkokat gluonok „ragasztják” össze

17 Akkor végre értjük az atom működését A protonokból és neutronokból „kilógó” erőhatás tartja össze az atomot.

18 Megmarad-e az energia a béta- bomlásban? Az elektron energiája nem meghatározott 1931 – Pauli, neutrínó jóslat 1954 – Szalay, Csikai közvetett megf. 1959 – Reines, Cowan közvetlen megf. 1931 – Pauli, neutrínó jóslat 1954 – Szalay, Csikai közvetett megf. 1959 – Reines, Cowan közvetlen megf.

19 Részecskecsaládok + antirészecskéik

20 Kölcsönhatások

21 A DELPHI detektor

22 Részecskék kölcsönhatása

23 Detektor szerkezete

24 e + e - keletkezik

25 müonpár keletkezik

26 másik müonpár oldalról

27 Tau-részecskék keletkeznek

28 két dzset keletkezik

29 3-dzset A három kvarkos események a kvarkok létének bizonyítékai

30 3-dzset forgatva És 4-dzsetes is lesz a mérésben.

31 Statisztikai hiba Statisztikai hiba: N mért esemény esetén Statisztikai hiba: N mért esemény esetén Pl. 64 elektron eseménynél 64±8 Pl. 64 elektron eseménynél 64±8 Nagy eseményszámnál kisebb relatív hiba Nagy eseményszámnál kisebb relatív hiba

32 A csatolási „állandó” A részecskék között az erőket részecskék (bozonok) közvetítik. A részecskék között az erőket részecskék (bozonok) közvetítik. Két részecske közötti erő függ attól, hogy milyen valószínűséggel bocsátanak ki közvetítőrészecskét. Két részecske közötti erő függ attól, hogy milyen valószínűséggel bocsátanak ki közvetítőrészecskét. És milyen valószínűséggel nyelnek el. És milyen valószínűséggel nyelnek el. A két valószínűség (g) megegyezik. Az erő g 2 -tel arányos. Az α = g 2 /4π neve csatolás. A két valószínűség (g) megegyezik. Az erő g 2 -tel arányos. Az α = g 2 /4π neve csatolás. Más-más értékű különböző kölcsönhatások esetén Más-más értékű különböző kölcsönhatások esetén

33 A „futó” csatolás Erős Gyenge Elektromágneses

34 Szuperszimmetriáról később, ha van igény rá.

35 Erős kölcsönhatás

36 Kvarkbezárás – aszimptotikus szabadság ELEKTRODINAMIKA Elektromosság, töltések QED KVANTUMSZÍNDINAMIKA Erős kölcsönhatás, kvarkok QCD … ma már nincsenek szabad kvarkok…

37 A 2-jetes és 3-jetes esemény

38 2004-es Nobel-díj David J. Gross H. David Politzer Frank Wilczek aszimptotikus szabadság

39 Erős csatolás 1.

40 Erős csatolás 2. d = 5 GeV/c 2

41 A részecskecsaládok száma

42 A részecskecsaládok száma 1.

43 A részecskecsaládok száma 2. x = e, müon, tau, hadron

44 A részecskecsaládok száma 3. A x: elágazási arány Γ x /Γ teljes x=n: nem látható, azaz neutrínó. SM szerint: 1,979-szer lepton eseményé

45 Részecskeszám (kozmológia) A részecskecsalád számtól is függ, hogy kezdetben melyik elemből mennyi alakult ki. 3 család

46 A DEPHI eredményei a családszámra

47 Az LHC gyorsítógyűrű

48 Az LHC és kísérletei 60-100 méterrel a föld alatt

49 Az LHC A CERN-ben épülő új gyorsítógyűrű a nagy hadronütköztető (Large Hadron Collider, LHC) protont fog protonnal ütköztetni 14 billió elektronvolton (14 TeV). Várhatóan 2007-ben indul. Reményeink szerint megtaláljuk vele a Higgs- bozont és a SUSY részecskéket.

50 ALICE (LHC-detektor)

51

52 A CMS detektor egy szelete (a gyorsítócső merőleges erre a síkra) Kattintás a részecsketípuson: animáció Esc: kilépés

53 Hungarian Teacher Program, CERN, 2007 augusztus 15. Debreczeni Gergely, CERN IT/Grid Deployment Group 52 Az LHC adatözöne Az LHC kísérletek 10-15 millió Gigabyte/év (Kb. 20 millió CD). Napjaink leggyorsabb asztali processzoraiból kb. 100 000 darabot igényel Ezt nem lehet egy helyre bezsúfolni így számos együttműködő, összekapcsolt számítóközpontra van szükség

54 Hungarian Teacher Program, CERN, 2007 augusztus 15. Debreczeni Gergely, CERN IT/Grid Deployment Group 53 A CERN számítógép központja Élvonalbeli számítógépekkel felszerelt gépterem, alapvetően „hétköznapi” (értsd: kipróbált, megbízható) megoldásokkal. Több mint 3000 kétprocesszoros számítógép Kb. 9 PetaByte adat merevlemezeken és szalagon Probléma: sehol sincs elég hely Megoldás: Az LHC Computing Grid (LCG) (több mint 240 központ világszerte)

55 Hungarian Teacher Program, CERN, 2007 augusztus 15. Debreczeni Gergely, CERN IT/Grid Deployment Group 54 És mi a Grid ? A Grid, egy, az Internetre épülő szolgáltatás, csakúgy mint a Web. De a Grid-hez kapcsolt számítógépek és eszközök nem csak információt osztanak meg egymás között, hanem, tárterületet, (memória, merevlemez, mágnesszalag, CD/DVD, stb…), számítási kapacitást, adatbázis információt, alkalmazásokat sőt hálózati forgalmat is !

56 Hungarian Teacher Program, CERN, 2007 augusztus 15. Debreczeni Gergely, CERN IT/Grid Deployment Group 55 Az LCG Grid elemei Számoló egység, Working Node Tároló egység, Storage Erőforrás és infóbróker Információs központ Tároló egység, Storage Munkafelügyelő, Computing Element Felhasználó

57 Mit is adott a világnak a CERN a részecskefizikán kívűl? A WWW grafikus világa Valós idejű digitális adatfeldolgozás Szuperszámítógép clusterek (GRID) Szupravezető mágnesek Alagútfúrás tökéletesítése (Csalagút) A jövő pedig az LHC (2007) …

58 Az ősrobbanás

59

60 Az Univerzum története NAGY BUMM Részecskegyorsítók

61 Pillanatfelvétel

62 Ősrobbanás bizonyítékai Doppler-eltolódás (vöröseltolódás) Doppler-eltolódás (vöröseltolódás) kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás (következő diák) kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás (következő diák) elemgyakoriság (75% H, 25 % He) elemgyakoriság (75% H, 25 % He)

63 Amikor az atomok befogták az elektronokat, akkor a Világegyetem átlátszóvá vált. Az akkori (380 000 éves Világegyetem) fotonjait háttérsugárzásként érzékeljük. A mikrohullámú kozmikus háttérsugárzás WMAP = Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (2003)

64 13 milliárd éve kezdte az útját a maradványsugárzás. Útja alatt a Világegyetem tágult, a hullámhosszak növekedtek, jelenleg a mikrohullámnál (néhány cm) van a maximum. Hőmérsékleti térkép Föld Világ- egyetem

65 …azaz a Világegyetem sík

66 A Világegyetem összetétele

67 Köszönöm a figyelmet! ATLAS Movie Episode I. The New Hope

68 2. rész Részecskefizikai mozaik

69 Szuperszimmetria

70 Mi a szuperszimmetria? Kétféle részecske van a természetben: fermion és bozon. A fermionok feles spinűek, és nem lehet azonos állapotban két fermion. Mindig egyágyas 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, bizonyára nehezek. A SUSY-t valamilyen hatás megbontja.

71 Leptonok Kvarkok Az anyag családjai SPIN ½ FERMIONOK Sleptonok Skvarkok A „SUSY” részecskék családjai SPIN 0 BOZONOK

72 Húrelmélet a részecskéket pici húroknak tekinti a részecskéket pici húroknak tekinti kísérlet a kvantummechanika és a relativitáselmélet egyesítésére kísérlet a kvantummechanika és a relativitáselmélet egyesítésére bonyolult matematika bonyolult matematika a SUSY eredetileg ebből jön, de a standard modellbe is beilleszthető a SUSY eredetileg ebből jön, de a standard modellbe is beilleszthető egyelőre nincs ellenőrzési lehetőség egyelőre nincs ellenőrzési lehetőség

73

74 A Higgs-tér és a Higgs-részecske (az isteni a-tom)

75 Mi a részecskék tömegének eredete? t b c s u d e Mass

76 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.

77 Bővebben Lederman: Az isteni a-tom Mi a kérdés, ha a válasz a világegyetem Typotex 2000

78 A neutrínók

79 A bomlás nagyon lassú (15 perc rendkívül hosszú idő bomlásoknál) Ezeknélkül a gyenge folyamatok nélkül a Nap leállna! A (szabad) neutron radioaktív, 15 perc alatt protonra, elektronra és neutrínóra bomlik A gyenge kölcsönhatás

80 Neutrínók a Napból Kérdés: Hány napból jövő neutrínó halad át a körmünkön egy másodperc alatt? Válasz: 40 milliárd! – éjjel és nappal, mivel a neutrínók képesek áthatolni a Földön kölcsönhatás nélkül A Napról föld alatt készített kép neutrínókkal

81 Napneutrínó-probléma Harmadannyi neutrínót észleltek, mint a Nap modellezéséből jön (1956, Davis) (Marx György: Hova tűnt a Nap az égről?) Mi lehet az ok? 1. rossz a csillagmodell 2. neutrínóoszcilláció (1964, többféle neutrínó) 3. a Nap anyaga alakítja át

82 A Super-K egy csónakkal

83 Cserenkov-detektor

84 Az SK egy észlelése és ugyanez müonnal

85 Atmoszférikus neutrínó- oszcilláció

86 A Sudbury Neutrínó Obszervatórium (SNO) Kanada, bánya 2000 m mélyen 1000 t nehézvíz 1. 2. elektront lök meg 3. szétlöki az atommagot Kanada, bánya 2000 m mélyen 1000 t nehézvíz 1. 2. elektront lök meg 3. szétlöki az atommagot Cserenkov-detektor 9600 fotoelektron-sokszorozó az összes típus mérhető

87 Megvan az összes megjósolt Napneutrínó! (2001, SNO) Az oszcillációhoz tömegkülönbség kell: valamely neutrínónak kell lennie tömegének Megvan az összes megjósolt Napneutrínó! (2001, SNO) Az oszcillációhoz tömegkülönbség kell: valamely neutrínónak kell lennie tömegének

88 Köszönöm a figyelmet!