Fizyka cząstek elementarnych warsztaty popularnonaukowe

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Fizyka cząstek elementarnych warsztaty popularnonaukowe"

Stanisław Dąbrowski
8 lat temu
Przeglądów:

1 Fizyka cząstek elementarnych warsztaty popularnonaukowe Spotkanie 3 Porównanie modeli rozpraszania do pomiarów na Wielkim Zderzaczu Hadronów LHC i przyszłość fizyki cząstek Rafał Staszewski Maciej Trzebiński Instytut Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk

2 Zamiast wstępu Spotkanie 1 - dyskusja n/t pomiaru zależności kąta rozpraszania od parametru zderzenia: - wyprowadzenie zależności teoretycznej, - przedstawienie danych doświadczalnych oraz krzywej teoretycznej na wykresie, - uwzględnienie błędów systematycznych. Spotkanie 2: - wstęp do fizyki cząstek elementarnych, - zapoznanie z językiem C++, - numeryczne rozwiązanie problemu znalezienia kąta rozpraszania od parametru zderzenia w przypadku oddziaływania dwóch ładunków. 2

3 Detekcja cząstek

4 Emulsje jądrowe W. Roentgen i H. Becquerel odkrycie promieniotwórczości przy użyciu kliszy fotograficznej. - Klisza z przezroczystego podłoża z octanu celulozy lub żywicy poliestrowej, powleczonego emulsją zawierającą drobne kryształy bromku srebra. - Podczas ekspozycji na promieniowanie jonizujące lub światło zachodzą procesy chemiczne. - Po wywołaniu stopień zaczernienia emulsji jest miarą zaabsorbowanej w niej dawki. 4

5 Komora iskrowa - Zbudowana z baterii liczników iskrowych (komora wielodrutowa), zasilanych impulsowo. - W miejscach, w których gaz wypełniający przestrzeń komory uległ jonizacji, po podaniu wysokiego napięcia przeskakują iskry, co zostaje zarejestrowane na zdjęciu lub jest rejestrowane przez układ mikrofonów i służy do rekonstrukcji torów cząstek w pamięci komputera film 5

6 Komora mgłowa - hermetyczna komora wypełniona parą przesyconą, - jony powstałe w wyniku jonizacji wzdłuż toru przelotu cząstki stają się ośrodkam kondensacji. film 6

7 Detektor ATLAS 7

8 Detektory rekonstruujące ślad cząstki Tropienie Niewidzialnego Niszczącego Autobusu (NNA) 1. NNA zostawia w wiosce widoczne zniszczenia. 2. Ludzie ze zniszczonych domów biegną do najbliższych telefonów, aby zawiadomić policję. 3. Policja po każdym zgłoszeniu zapisuje położenie telefonu oraz czas w którym nastąpiła rozmowa. 4. Zaznaczając na mapie miejsca z których telefonowano oraz biorąc pod uwagę 8 czasy zgłoszeń, policja może zrekonstruować drogę NNA.

9 Detektory rekonstruujące energię cząstki 9

10 Detektekcja cząstek zakrzywienie cząstki naładowanej w polu magnetycznym p = 0.3 B r 10

11 Fizyka na LHC

12 Zderzenie protonów Nie można bezpośrednio badać, co się stało w punktcie oddziaływania ALE badając zachowanie i właściwości stabilnych wyprodukowanych cząstek możemy o tym wnioskować. 12

13 Analiza danych przed selekcją po selekcji 13

14 Liczba przypadków wszystkie przypadki produkcji cząstek Przekrój czynny prawdopodobieństwo wystąpienia danego procesu. przypadki, w których produkowany jest bozon Higgsa energia zderzenia 14

15 Produkcja bozonu Higgsa na LHC 15 Przekrój czynny prawdopodobieństwo wystąpienia danego procesu.

16 Sposoby (kanały) rozpadu bozonu Higgsa Podstawowe wielkości w analizie: + zdolność rozdzielcza: ΔM/M + czystość próbki: sygnał / tło lub sygnał / (sygnal + tło) + znaczącość statystyczna: sygnał / (sygnał+tło) Duża zdolność rozdzielcza ΔM/M ~ 1-2% H γγ : rzadki, S/B < 1 H ZZ* 4l : b. rzadki, S/B >> 1 Średnia zd. rozdzielcza ΔM/M ~ 10-20% H bb : częsty, S/B << 1 H ττ : częsty, S/B < 1 Mała zdolność rozdzielcza ΔM/M > 30% H WW* 2l 2νν : b. częsty, S/B < 1 16

17 Ewidencje na istnienie bozonu Higgsa: H ZZ* 4l zdolność rozdzielcza: duża (1-2%) czystość próbki: bardzo duża (S/B >> 1) częstość występowania: bardzo mała 17

18 Ewidencje na istnienie bozonu Higgsa: H γγ zdolność rozdzielcza: duża (1-2%) czystość próbki: średnia (S/B < 1) częstość występowania: mała 18

19 Ewidencje na istnienie bozonu Higgsa: H WW* lvlv zdolność rozdzielcza: mała (> 30%) czystość próbki: średnia (S/B < 1) częstość występowania: bardzo duża 19

20 Ewidencje na istnienie bozonu Higgsa: H WW* lvlv zdolność rozdzielcza: średnia (10 20%) czystość próbki: średnia (S/B < 1) częstość występowania: średnia 20

21 Nie tylko Higgs! - poszukiwania supersymetrii 21

22 Nie tylko Higgs! - poszukiwania przypadków egzotycznych 22

23 Nie tylko Higgs! - testy Modelu Standardowego 23

24 Rozpraszanie elastyczne

25 Rozpraszanie elastyczne w zderzeniach proton-proton p p p p - zderzamy dwie wiązki protonów, - w części zderzeń protony ulegną zniszczeniu wyprodukowane zostaną nowe cząstki, - dość często (~30% przypadków) zdarza się, że protony nie ulegają zniszczeniu i w zderzeniu nie są produkowane nowe cząstki; takie zderzenie nazywamy rozpraszaniem elastycznym - w zderzeniu elastycznym energia protonów nie ulega zmianie; zmienia się natomiast ich pęd - jeżeli proton uzyska pęd rzędu 1 GeV w kierunku poprzecznym, to zakładając energię wiązki E = 3500 GeV można obliczyć kąt rozproszenia: 286 mikroradianów - ponieważ kat ten jest niewielki, to w celu zmierzenia protonów rozproszonych elastycznie istnieje potrzeba posiadania specjalnych detektorów umieszczonych daleko od punktu oddziaływania 25

26 Eksperyment TOTEM 26

27 Histogramy Histogram jest jednym z graficznych sposobów przedstawiania rozkładu danej cechy, np. histogram wieku uczniów w szkole. uczniowie podzieleni na trzy grupy wiekowe (3 biny) zakres histogramu od 17 do 19 lat uczniowie podzieleni na trzydzieści sześć grup wiekowych (36 binów) zakres histogramu od 408 do 443 miesięcy 27

Podobne dokumenty

Zagraj w naukę! Spotkanie 5 Obecny stan wiedzy. Maciej Trzebiński. Instytut Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk

Zagraj w naukę! Spotkanie 5 Obecny stan wiedzy Maciej Trzebiński Instytut Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk Zamiast wstępu Spotkanie 1 dyskusja n/t pomiaru zależności kąta rozpraszania od parametru