Kurs dla polskich nauczycieli w CERN kwietnia 2007

Transkrypt

1 Polska w CERN Kurs dla polskich nauczycieli w CERN kwietnia 2007 Jan Paweł Nassalski Instytut Problemów Jądrowych im. Andrzeja Sołtana CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 1

2 Droga Polski do CERN 1959 r. profesorowie Marian Danysz (Warszawa) i Marian Mięsowicz (Kraków) wystarali się o kilka indywidualnych stypendiów dla młodych fizyków na staże w CERN. Te indywidualne kontakty przekształciły się w intensywną współpracę naukową r. z inicjatywy prof. M. Danysza i dyrektora CERN V.Veisskopfa, Polska, jako jedyny kraj z bloku wschodniego, uzyskała status państwa-obserwatora w Radzie CERN (bez prawa głosowania). Próby przyznania Polsce statusu członkowskiego napotkały na opór Związku Radzieckiego r. Polska, jako pierwszy kraj bloku wschodniego, zostaje członkiem CERN. Podstawą prawną była umowa podpisana między rządem RP i CERN, ratyfikowana następnie przez Prezydenta RP. CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 2

3 Dokument ratyfikacji CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 3

4 Polska jest współwłaścicielem CERN Łożymy na jego utrzymanie. Roczny budżet: ~1000M CHF. Polska składka: ~2% (wynika z dochodu narodowego w stosunku do dochodu wszystkich państw członkowskich) Mamy przedstawicieli w organie decyzyjnym - Radzie CERN: w głosowaniach ł głosy ł wszystkich państw ń mają tę samą wagę. prof. J.Niewodniczański, PAA przedstawiciel rządu RP, prof. J.Nassalski, IPJ przedstawiciel środowiska naukowego. Korzystamy z urządzeń badawczych wartych miliardy CHF. Korzystamy ze środków stypendialnych na badania prowadzone przez fizyków, doktorantów i studentów oraz na programy edukacyjne. Możemy aplikować na stałe pozycje (staff) w CERN. Polski przemysł może uczestniczyć w przetargach na dostawy urządzeń i usług dla CERN. CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 4

5 Ośrodki Fizyki Wysokich Energii w Polsce Łodź: Instytut Problemów Jądrowych Uniwersytet Łódzki Katowice: Uniwersytet Śląski Kielce Akademia Świętokrzyska Kraków: Akademia Górniczo-Hutnicza Instytut Fizyki Jądrowej PAN Uniwersytet Jagielloński Warszawa: a a Instytut Problemów Jądrowych Politechnika Warszawska Uniwersytet Warszawski Wrocław: Uniwersytet Wrocławski 6 ośrodków, 10 instytucji: ~ 300 fizyków doświadczalnych i inżynierów oraz ~ 100 teoretyków. Większość tych ośrodków współpracuje z CERN. W CERN prowadzi się głównie badania doświadczalne, ale jest również silna grupa teoretyków. CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 5

6 Polscy fizycy, doktoranci i studenci w CERN 2006 Użytkowników 144 Pracowników etatowych stałych 27 Studenci letni (do 3 mieś.) 3 Associates (1rok) 11 Finansowani przez CERN Fellows (3 lata) 23 Studenci n. technicznych 16 Doktoranci n. technicznych 4 CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 6

7 Stanowiska Polaków w CERN Wyższe stanowiska Wiceprzewodniczący Rady CERN: R. Sosnowski ( ) Dyrektor Dywizji ECP (Electronics and Computing for Physics): M. Turała ( ) Członkowie komitetów wybierani ad personam Komitet Polityki Naukowej ( Rada Naukowa ): A. Wróblewski, K. Rybicki, A. Zalewska Komitet t LEP: S. Pokorski ki Komitet SPS: J. Nassalski, A. Zalewska, H. Białkowska Komitet LECC: M. Turała Research Board: A. Zalewska Niektóre stanowiska Staff Members obecnie A. Charkiewicz - Radca Personalny w Departamencie HR (Human Resources). T. Kurtyka - Zastępca kierownika grupy MME (Mechanical & Materials Engineering) w Departamencie TS, - Doradca Dyrektora CERN ds. Krajów Nieczłonkowskich, - Przewodniczący Komisji TEACC (badanie kwalifikacji na stanowiska inżyniera). A. Siemko - Zastępca kierownika grupy MTM (Magnet Tests and Measurements) w Departamencie AT (Accelerator Technology), jednocześnie szef Sekcji TF (Test Facilities), - odpowiedzialny za transfer technologii w Departamencie AT. CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 7

8 Główna misja CERN: badania struktury materii coś odepchnęło cząstkę: możemy badać zarówno coś coś, jak i wnętrze protonu. Cząstka o dużej energii (np. e - ) zderza się zcząstką materii (np. protonem) coś proton CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 8

9 Główna misja CERN: badanie oddziaływań elementarnych coś = kwant pola elektromagnetycznego t (wirtualny foton) = kwant pola słabego (wirtualna cząstka Z 0 ) =??? Oddziaływania elementarne cząstek opisuje Model Standardowy. Ujednolica i upraszcza zrozumienie zjawisk fizycznych: Teoria Newtona: masa ciążenia = masa bezwładna Teoria Maxwella: elektryczność + magnetyzm = elektromagnetyzm Model Standardowy: elektromagnetyzm + oddz. słabe = oddz. elektrosłabe GŁÓWNY PRZEDMIOT BADAŃ PROWADZONYCH W CERN CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 9

10 Polska w eksperymentach CERN Począwszy od lat 60. polskie zespoły uczestniczyły w około 90 eksperymentach przy różnych akceleratorach CERN: Akcelerator wiązka energia # Eksp. Synchrocyklotron SC p 0.6GeV 3 Fizyka jądrowa Eksperymenty działające Eksperymenty w budowie Synchrotron PS p 28GeV 38 Fizyka jądrowa Zderzacz ISR p, d, He 31.5 x 31.5GeV zdemontowany Synchrotron SPS Zderzacz LEP zdemontowany LHC Neutrina do Gran Sasso w budowie Zderzacz LHC w budowie p (p x anty_p) 450GeV (450 x 450GeV) 23 COMPASS e + x e x 105GeV ν 1 IKARUS (w Gran Sasso, Włochy) p x p 7000 x 7000GeV 4 ALICE, ATLAS, CMS, LHCb Projekty rozwojowe (R&D) 13 Projekty R&D CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 10

11 Wybrane eksperymenty z udziałem Polaków CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 11

12 Lata 60. produkcja wielu cząstek Współpraca Aachen-Berlin-Bonn-CERN-Kraków-Heidelberg-Warszawa-London Zdjęcie z wodorowej komory pęcherzykowej Produkcja i rozpad cząstki Ω - CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 12

13 Lata 70. zderzenia protonów przy wielkich energiach Współpraca Annecy-CERN-Collège de France-Dortmund-Heidelberg-Warszawa ISR (Intersecting Storage Rings): zderzacz p-p, 31.5 x 31.5GeV Detektor SFM (Split Field Magnet): komory proporcjonalne, 10k drutów Czołowe zderzenia protonów zachodzą poprzez kwarki: proton proton CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 13

14 Lata 70. obecnie: badanie kwarkowej struktury materii neutrino (ν) lub mion (μ) emituje Z 0 (ν) lub γ (μ) Z 0 lub γ kwarkk rozproszony kwark proton Esperymenty neutrinowe: BEBC (Big European Bubble Chamber): Kraków CDHSW (CERN-Dortmund-Heidelberg-Saclay-Warszawa) Eksperymenty mionowe: EMC (European Muon Collaboration): Kraków, Warszawa NMC (New Muon Collaboration): ) Warszawa SMC (Spin Muon Collaboration): Warszawa COMPASS (Common Muon and Proton Apparatus for Hadron Structure and Spectroscopy): Warszawa CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 14

15 Przykład eksperymentu: COMPASS COMPASS 12 krajów, 28 instytucji, ponad 250 fizyków i studentów (mały eksperyment w porównaniu z eksperymentami przy LHC: np. CMS 2000 około osób, ATLAS 2500) Z Polski: Instytut Problemów Jądrowych Uniwersytet Warszawski Politechnika Warszawska 6 fizyków, 2 inżynierów, 11 doktorantów CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 15

16 COMPASS: od pomysłu do wyników Pomysł eksperymentu powstaje z inicjatywy środowiska: 1. Budowanie masy krytycznej pozyskiwanie laboratoriów do współpracy. 2. Opracowanie Propozycji eksperymentu (Proposal) Zatwierdzanie eksperymentu. 1. Propozycja jest oceniana przez odpowiedni komitet CERN i rekomendowana do komitetu zatwierdzającego (Research Board). 2. Po zatwierdzeniu laboratoria podpisują Porozumienie (Memorandum of Understanding) zobowiązania do konstrukcji aparatury, zasad finansowych i wykonania eksperymentu. PL: Laboratoria muszą zdobyć krajowe środki finansowe na budowę, wyjazdy, - z MNiSW: granty, SPB -z UE: FP6 Opracowanie Konstytucji eksperymentu: 1. Reguł zarządzania: ą Group Leaders Board Rzecznik Eksperymentu 2. Powołanie zespołów: Panel Techniczny, Koordynator Analizy, Komitet Publikacyjny,. 3. Reguł udziału w eksperymencie (dyżury, Fundusz Operacyjny) Zbieranie danych doświadczalnych (przez kilka lat, 3-7 miesięcy ę w roku, 24 godz/dobę) 1. Wszyscy uczestnicy są zobowiązani do pełnienia dyżurów. 2. Laboratoria są odpowiedzialne za działanie i kalibracje swojej aparatury. Opracowanie danych doświadczalnych: 1. Co najmniej j 2 niezależne ż analizy (wyniki fizyczne, błędy statystyczne t t i systematyczne). t 2. Regularne dyskusje poszczególnych etapów analizy na zebraniach w CERN. Nadzór CERN nad realizacją eksperymentu: 1. Komitet Finansowy, 2. Recenzje eksperymentu na forum odpowiedniego Komitetu CERN. CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 16

17 Przykład eksperymentu: COMPASS Spektrometr o długości około 50 m widok downstream widok upstream Rozpraszanie spolaryzowanych mionów na spolaryzowanych protonach: μ + p μ + hadrony. Cel eksperymentu: jak zbudować spin protonu (½) ze spinu kwarków (½) i gluonów (1)? Eksperyment COMPASS będziemy zwiedzać jutro. CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 17

18 Od 1986: poszukiwanie plazmy kwarkowo-gluonowej W wyniku zderzenia ciężkich ę jąder o dużych energiach powstają takie warunki jakie panowały wkrótce po Wielkim Wybuchu: Akceleratory CERN pozwalają badać materię jądrową o bardzo dużej gęstości. Eksperymenty y NA35, NA49, WA80, WA93, WA98: Kielce, Kraków i Warszawa. CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 18

19 NA49 kalorymetr hadronowy rekonstrukcja torów w komorze TPC wynik zderzenia 208 Pb o energii ~100GeV/nukleon z 208 Pb CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 19

20 LEP : precyzyjne testy Modelu Standardowego e + 105GeV x e GeV DELPHI Eksperyment DELPHI: Kraków i Warszawa. Badanie oddziaływań kwarków i leptonów. Konfrontacja przewidywań Modelu Standardowego z wynikami pomiarów: świetna zgodność, nie znaleziono żadnych odstępstw od przewidywań. CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 20

21 DELPHI Transport nadprzewodzącej cewki, 1987 r. CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 21

22 DELPHI Część detektora tzw. beczka (zdjęcie z demontażu detektora w 2001 r.) CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 22

23 DELPHI Rekonstrukcja wyniku zderzenia e + e - : kwark e + e - antykwark CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 23

24 Przyszłość CERN: LHC Największy akcelerator: Large Hadron Collider (LHC, Wielki Zderzacz Hadronów). Będzie uruchomiony pod koniec 2007 r. Pozwoli odpowiedzieć na najważniejsze pytania z fizyki cząstek elementarnych i kosmologii, np. czy istnieją - proton nowe cząstki utworzone w zderzeniu 7 TeV 7 TeV energie protonów proton - Cząstki Higgsa wyjaśnienie pochodzenia masy cząstek, - Cząstki SSM wyjaśnienie ciemnej materii i nowych symetrii w Przyrodzie, - Dodatkowe wymiary przestrzeni? LHCb ATLAS ALICE Eksperymenty: ALICE, ATLAS, CMS, LHCb. (ponad 6000 osób) CMS W każdym z nich uczestniczą fizycy z Krakowa i Warszawy. CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 24

25 Eksperyment ATLAS podczas montażu Eksperyment ATLAS będziemy dzisiaj zwiedzać. CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 25

26 Polskie detektory do eksperymentów w CERN Przykłady DELPHI (Kraków i Warszawa) LHCb (Kraków i Warszawa) Wykład Z. Hajduka CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 26

27 Polscy teoretycy w CERN Pierwsze kontakty - w latach 50. z inicjatywy prof. Jacka Prentkiego z dywizji teorii w CERN (emigrant z Polski do Francji, można go często spotkać w w kafeterii): Wojciech Królikowski, Leopold Infeld (współpracownik Einsteina, ojciec chrzestny polskiej fizyki teoretycznej), Wiele wizyt młodych, obecnie najwybitniejszych, polskich teoretyków, m.in.. ABi A.Białas, ł K.Fiałkowski KFi ki (*) (), SP S.Pokorski, ki KZ K.Zalewski, W ostatnim dwudziestoleciu zostało opublikowanych około prac teoretycznych z fizyki wysokich energii, a całkowita liczba ich cytowań jest imponująca i przekracza większość tych prac związana jest z badaniami prowadzonymi w CERN. (*) Jeden z naszych wykładowców CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 27

28 Polski przemysł wcern CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 28

29 Polski przemysł i usługi w CERN W czasie budowy LHC: zamówienia przemysłowe CERN 500MCHF, usługi 150MCHF rocznie. Kraj zbilansowany : % składki < % zamówień osobno przemysłowych i usług. PL jest zbilansowana w zakresie usług i niezbilansowana w zakresie zamówień przemysłowych. CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 29

30 Akcje promocyjne Wystawy Polska w CERN : 1995 i 2000 r. Wystawy CERNowskie w Polsce: Wewnątrz atomu, Warszawa 1992, Od kwarków do gwiazd, Kraków 1995, Kiedy energia staje się materią, Kraków Wystawa Polska w CERN Polski Przemysł i Sztuka, 2000 r. CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 30

31 Szkoły CERN CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 31

32 Akceleratorowa Szkoła CERN w Zakopanem 1-13.X.2006 CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 32

33 Polscy VIP CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 33

34 Wizyta Jana Pawła II 16.VI.1982 CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 34

35 Wizyta prof. M. Kleibera, Ministra Nauki i Informatyzacji 23.X.2003 CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 35

36 Wizyta prof. K.Kurzydłowskiego, Ministra NiSW 24.IV.2006 CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 36

37 Szkolenia nauczycieli CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 37

38 Programy edukacyjne dla nauczycieli fizyki Nauczyciele, uczestnicy programu High School Teachers, 2001 r. NOWOŚĆ! Pierwszy, tygodniowy kurs w języku polskim, IV CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 38

39 Podsumowanie CERN jest największym na świecie laboratorium fizyki cząstek elementarnych. Jego urządzenia badawcze sytuują go na pierwszej linii frontu badań. Mamy nadzieję, że rozpoczynające się eksperymenty na LHC wyjaśnią kilka najważniejszych zagadek Przyrody. W CERN kilka tysięcy ludzi z całego świata jest zafascynowanych pracą badawczą, z entuzjazmem poświęca cały swój czas na rozwiązywanie problemów doświadczalnych i teoretycznych, jest wspaniale zintegrowanych, pomimo różnic kulturowych, politycznych i religijnych. Polska w CERN jest obecna od > 50 lat i odgrywa w nim rolę większą niż ~2% wkładu do budżetu Życzę Państwu zarażenia się CERN-em i pomyślności w dzieleniu się zdobytym doświadczeniem z młodymi ludźmi w Polsce. CERN, 16.IV.2007 J. Nassalski 39