Fizyka wysokich energii w erze LHC

Podobne dokumenty
Cząstki elementarne wprowadzenie. Krzysztof Turzyński Wydział Fizyki Uniwersytet Warszawski

LHC i po co nam On. Piotr Traczyk CERN

LHC: program fizyczny

Bozon Higgsa prawda czy kolejny fakt prasowy?

Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW. Oddziaływania słabe 4.IV.2012

WYKŁAD 8. Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW. Oddziaływania słabe

Teoria Wielkiego Wybuchu FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ

Cząstki i siły. Piotr Traczyk. IPJ Warszawa

Z czego i jak zbudowany jest Wszechświat? Jak powstał? Jak się zmienia?

Podróż do początków Wszechświata: czyli czym zajmujemy się w laboratorium CERN

Cząstki elementarne. Składnikami materii są leptony, mezony i bariony. Leptony są niepodzielne. Mezony i bariony składają się z kwarków.

Ostatnie uzupełnienia

Fizyka cząstek elementarnych i oddziaływań podstawowych

Atomowa budowa materii

Oddziaływanie podstawowe rodzaj oddziaływania występującego w przyrodzie i nie dającego sprowadzić się do innych oddziaływań.

Podstawy Fizyki Jądrowej

WYKŁAD Wszechświat cząstek elementarnych. 24.III.2010 Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW. Masa W

Oddziaływania fundamentalne

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 5 cząstki elementarne i oddzialywania

WYKŁAD 6. Oddziaływania kolorowe cd. Oddziaływania słabe. Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników

Model Standardowy i model Higgsa. Sławomir Stachniewicz, IF PK

Grzegorz Wrochna Narodowe Centrum Badań Jądrowych Z czego składa się Wszechświat?

Oddziaływania podstawowe

Fizyka na LHC - Higgs

Bozon Higgsa oraz SUSY

Compact Muon Solenoid

Witamy w CERNie. Bolesław Pietrzyk LAPP Annecy (F) Wykład przygotowany przez polskich fizyków w CERNie.

Jak działają detektory. Julia Hoffman

Na tropach czastki Higgsa

I. Przedmiot i metodologia fizyki

Fizyka cząstek elementarnych. Tadeusz Lesiak

WSTĘP DO FIZYKI CZĄSTEK. Julia Hoffman (NCU)

WYKŁAD 8. Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników

Wykład monograficzny 0 1

CERN - pierwsze globalne laboratorium. Magdalena Kowalska CERN, PH-Dept.

Materia i jej powstanie Wykłady z chemii Jan Drzymała

Promieniowanie jonizujące

Model Standardowy budowy Wszechświata

WYKŁAD 3. Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW. Masy i czasy życia cząstek elementarnych. Kwarki: zapach i kolor. Prawa zachowania i liczby kwantowe:

Promieniowanie jonizujące

FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych

Wszechświat Cząstek Elementarnych dla Humanistów Diagramy Faynmana

Wyk³ady z Fizyki. Zbigniew Osiak. Cz¹stki Elementarne

Wszechświat cząstek elementarnych WYKŁAD 5

Wielki Wybuch czyli podróż do początku wszechświata. Czy może się to zdarzyć na Ziemi?

Wstęp do fizyki cząstek elementarnych

Skad się bierze masa Festiwal Nauki, Wydział Fizyki U.W. 25 września 2005 A.F.Żarnecki p.1/39

Fizyka 2. Janusz Andrzejewski

Wszechświat Cząstek Elementarnych dla Humanistów Diagramy Faynmana

LEPTON TAU : jako taki, oraz zastosowania. w niskich i wysokich energiach. Zbigniew Wąs

Model Standardowy budowy Wszechświata

Wszechświat czastek elementarnych

czastki elementarne Czastki elementarne

Supersymetria, czyli super symetria

Co dalej z fizyką cząstek czy LHC udzieli na to pytanie odpowiedzi? 1

STRUKTURA MATERII PO WIELKIM WYBUCHU

Oddziaływania elektrosłabe

VI. 6 Rozpraszanie głębokonieelastyczne i kwarki

Symetrie w fizyce cząstek elementarnych

WYKŁAD 8. Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników. Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW

Cząstka Higgsa własności, odkrycie i badania oddziaływań

Fizyka 3. Konsultacje: p. 329, Mechatronika

Stany skupienia (fazy) materii (1) p=const Gaz (cząsteczkowy lub atomowy), T eratura, Tempe Ciecz wrzenie topnienie Ciało ł stałe ł (kryształ)

LHC klucz do Mikroświata


Epiphany Wykład II: wprowadzenie

Jak działają detektory. Julia Hoffman# Southern Methodist University# Instytut Problemów Jądrowych

WYKŁAD 3. Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW. Masy i czasy życia cząstek elementarnych. Kwarki: zapach i kolor. Prawa zachowania i liczby kwantowe:

FIZYKA. Wstęp cz. 1. Dr inż. Zbigniew Szklarski. Katedra Elektroniki, paw. C-1, pok

M. Krawczyk, Wydział Fizyki UW

Ewolucja Wykład Wszechświata Era Plancka Cząstki elementarne

Eksperyment ALICE i plazma kwarkowo-gluonowa

Relatywistyczne zderzenia ciężkich jonów jako narzędzie w badaniu diagramu fazowego silnie oddziałującej materii

CERN: fizyka wysokich energii i edukacja szkolna. Krzysztof Fiałkowski Uniwersytet Jagielloński

Fizyka cząstek elementarnych. Fizyka cząstek elementarnych

Spis treści. Fizyka wczoraj, dziś, jutro. Z naszych lekcji. Olimpiady, konkursy, zadania. Astronomia dla każdego

Struktura porotonu cd.

Czego oczekujemy od LHC? Piotr Traczyk. IPJ Warszawa

Metamorfozy neutrin. Katarzyna Grzelak. Sympozjum IFD Zakład Czastek i Oddziaływań Fundamentalnych IFD UW. K.Grzelak (UW ZCiOF) 1 / 23

Z czego składa się Wszechświat? Jak to wszystko się zaczęło?

Do czego potrzebny nam Wielki Zderzacz Hadronów (Large Hadron Collider)?

Podstawy fizyki subatomowej

Obserwacja Nowej Cząstki o Masie 125 GeV

Boska cząstka odkryta?

Akceleratory Cząstek

Cząstki elementarne Odkrycia Prawa zachowania Cząstki i antycząstki

WYKŁAD

Wszechświat Cząstek Elementarnych dla Humanistów Oddziaływania silne

Tworzenie protonów neutronów oraz jąder atomowych

Sylwa czyli silva rerum na temat fizyki cz astek elementarnych

- Cząstka Higgsa - droga do teorii wszystkiego

Wszechświata. Piotr Traczyk. IPJ Warszawa

1.6. Ruch po okręgu. ω =

Wstęp do fizyki cząstek elementarnych: część eksperymentalna

Wszechświat cząstek elementarnych

Wszechświat cząstek elementarnych (dla humanistów)

Wydział Fizyki Politechniki Warszawskiej

NUKLEOSYNTEZA I PROMIENIOWANIE RELIKTOWE

Polscy nauczyciele fizyki w CERN. Polska w CERN. Jan Paweł Nassalski Instytut Problemów Jądrowych im. A. Sołtana. J.P.Nassalski NTP@CERN, 21.XI.

Metoda badania cząstek elementarnych

Transkrypt:

Konferencja FIZYKA WYSOKICH ENERGII W EDUKACJI SZKOLNEJ Puławy, 29.02 01.03.2008 Fizyka wysokich energii w erze LHC Jan Paweł Nassalski Instytut Problemów Jądrowych im. A. Sołtana J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 1

PLAN REFERATU Standardowy Model fizyki cząstek Supersymetryczny Model fizyki cząstek Pytania do LHC w CERN LHC akcelerator do badania nieznanych terytoriów Detektory LHC Zadania CERN Polska w CERN J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 2

STANDARDOWY MODEL fizyki cząstek J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 3

STANDARDOWY MODEL fizyki cząstek Jak zbudowany jest świat? Pierwiastki chemiczne Cząstki subatomowe Ziemia Powietrze Ogień Woda Elektron Proton Kwarki Leptony J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 4

STANDARDOWY MODEL fizyki cząstek Κ ZOO cząstek subatomowych lat 60-tych Σ 0 + Λ + ο Ω π ο π π + ++ Κ 0 p Κ + J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 5

STANDARDOWY MODEL fizyki cząstek Jak znajdowano cząstki subatomowe? Zdjęcie z wodorowej komory pęcherzykowej Produkcja i rozpad cząstki Ω - J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 6

STANDARDOWY MODEL fizyki cząstek Supermikroskop do obserwacji kwarków DETEKTOR POCISK TARCZA NUKLEON Najprostsze cząstki materii Rozpędzone do olbrzymich energii Obserwujemy platońskie cienie J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 7

STANDARDOWY MODEL fizyki cząstek Jak znajdowano kwarki? coś odepchnęło elektron: możemy badać zarówno coś, jak i wnętrze protonu. Elektron (e - ) zderza się z protonem (p) coś proton coś wirtualny foton ODDZIAŁYWANIE W KWANTOWEJ TEORII POLA ODDZIAŁUJĄCE CZĄSTKI WYMIENIAJĄ WIRTUALNE KWANTY POLA J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 8

STANDARDOWY MODEL fizyki cząstek Jak znajdowano kwarki? Jądro Nukleon Kwark Kwark Zwiększamy energię wirtualnego fotonu 1 fm = 10-15 m Zwiększamy zdolność rozdzielczą mikroskopu J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 9

STANDARDOWY MODEL fizyki cząstek Trzy rodziny kwarków Na początku lat 70-tych: Zapach PROTON: u d u górny 3 NEUTRON: u d d Odkryty w 1995 r. dolny powabny dziwny prawdziwy piękny K O L O R Y J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 10

James Joyce J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 11 Murray Gell-Mann

STANDARDOWY MODEL fizyki cząstek Trzy rodziny leptonów spin=1/2 Zapach neutrino elektronowe elektron neutrino mionowe 1992 r.: są tylko 3 zapachy lekkich neutrin mion neutrino taonowe taon Początek XXI w.: neutrina mają masę różną od zera J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 12

STANDARDOWY MODEL fizyki cząstek Trzy rodziny leptonów i kwarków Zapach Zapach dlaczego istnieją akurat 3 rodziny leptonów i kwarków? dlaczego kwarki mają tak różne masy? J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 13

STANDARDOWY MODEL fizyki cząstek Trzy rodziny leptonów i kwarków Struktura atomu Rozmiar atomu jest 10,000 razy większy niż rozmiar jądra! Oddziaływania różnią się -zasięgiem -siłą. J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 14

STANDARDOWY MODEL fizyki cząstek Rodzaje oddziaływań RODZAJ: Grawitacyjne Słabe Elektromagnetyczne Silne Elektrosłabe Działa na: Masę Zapach Ładunek elektryczny Ładunek kolorowy Odczuwane przez cząstki: Cząstki pośredniczące: Siła przy: 10-18 m 3. 10-17 m Widoczne w: Wszystkie GRAWITON (nie obserwow.) Kwarki, leptony W +, W -, Z 0 Mające ładunek elektryczny 10-41 0.8 1 10-41 10-4 1 Układ planetarny, galaktyki, czarne dziury Rozpad radioaktywny, energia słoneczna γ Światło, atom, chemia, elektronika Kwarki, gluony GLUONY 25 60 Proton, neutron, jądro atomowe J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 15

STANDARDOWY MODEL fizyki cząstek Oddziaływania silne ( kolorowe ) są opisywane przez chromodynamikę kwantową Kolor odpowiada ładunkowi elektrycznemu w oddziaływanich elektromagnetycznych, Kwarki mają trzy kolory: i oddziałują poprzez wymianę gluonów, Gluony: są elektrycznie neutralne i mają osiem kolorów: Gluony wiążą kwarki uud w protonie: J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 16

STANDARDOWY MODEL fizyki cząstek Oddziaływania słabe Rozpad radioaktywny (rozpad β neutronu): Swobodny neutron rozpada się na proton, elektron i antyneutrino elektronowe za pośrednictwem wirtualnego bozonu W -. Słońce w zakresie X: Energię słoneczną produkują oddziaływania słabe J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 17

STANDARDOWY MODEL fizyki cząstek Oddziaływania słabe: odkrycie cząstek W i Z 0 Eksperyment UA1 w CERN, 1983 r.: e e Z 0 e + e - Pierwsze oddziaływanie cząstki Z o znalezione w 1973 r. w CERN. neutrino neutrino Z 0 proton e W - e - neutrino J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 18

STANDARDOWY MODEL fizyki cząstek Oddziaływania elektrosłabe: nagrody Nobla 1979 za unifikację oddziaływań słabych i elektromagnetycznych: Sheldon Glashow Abdus Salam Steven Weinberg 1984 - za odkrycie bozonów W i Z: (W CERN) Carlo Rubbia Simon van der Meer J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 19

STANDARDOWY MODEL fizyki cząstek Oddziaływania elektrosłabe Teoria zmierza do jednolitego opisu wszystkich oddziaływań: Teoria Maxwella: elektryczność + magnetyzm = elektromagnetyzm Oddziaływania elektrosłabe Nazwa Teoria Newtona: masa ciążenia = masa bezwładna Model Standardowy: elektromagnetyzm + oddziaływana słabe = oddziaływania elektrosłabe opisuje je jedna teoria Zarówno nośniki oddziaływań jak i realne cząstki J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 20

STANDARDOWY MODEL fizyki cząstek 16 rodzajów cząstek Modelu Standardowego: Sukcesy Nobel 1999: Przewidział (przed ich odkryciem!) istnienie 7 cząstek: kwarków c, b i t, neutrino tau cząstek W i Z gluonów Dokładnie przewidział masę kwarka t. Gerardus t Hooft Nobel 2004: Martinus Veltman Dokładnie przewiduje prawdopodobieństwa zajścia rozmaitych oddziaływań i rozpadów cząstek,. David David Frank J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 Gross Politzer Wilczek 21

STANDARDOWY MODEL fizyki cząstek Sposób na masę Problem: Model Standardowy w najprostszej postaci przewiduje, że cząstki nie mają masy. Tymczasem np. kwark t ma masę prawie atomu złota Peter Higgs zaproponował rozwiązanie użyte do wjaśnienia efektu Meissnera: w nadprzewodnikach foton zyskuje masę. Tę propozycję nazywa się mechanizmem Higgsa : Peter Higgs Przestrzeń zachowuje się jak nadprzewodnik wypełniony polem Higgsa, utworzonym przez hipotetyczne cząstki Higgsa, które nadaje masę cząstkom W i Z, ale nie fotonowi. Kwarki i leptony uzyskują masę przez oddziaływanie z cząstkami Higgsa. Cząstka (np. elektron) oddziałując z polem Higgsa uzyskuje masę. Może się też zdarzyć, że cząstka Higgsa zostanie wybita i można ją zaobserwować w doświadczeniu. J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 22

STANDARDOWY MODEL fizyki cząstek Poglądowe wyjaśnienie mechanizmu Higgsa Pole Higgsa można porównać do plaży z dziećmi, a np. kwark do wędrownego sprzedawcy lodów, który wskutek oblężenia porusza się wolniej jak gdyby stał się cięższy. J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 23

STANDARDOWY MODEL fizyki cząstek Pole Higgsa Wszechświat wypełniony polem zachowuje się jak kula, która stacza się do stanu, w którym pole ma najniższą energię. Pole elektromagnetyczne ma najniższą energię gdy jego natężenie wynosi zero. Pole Higgsa ma najniższą energię przy niezerowej wartości pola; jest wszędzie wokół nas. J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 24

STANDARDOWY MODEL fizyki cząstek Poszukiwanie Higgsa Cząstka Higgsa jest ostatnim, brakującym elementem Modelu Standardowego. Model Standardowy przewiduje jej istnienie, ale nie wartość masy. Znalezienie cząstki Higgsa było i jest głównym zadaniem eksperymentów przy największych akceleratorach: LEP w CERN: e + e - -dostępna energia.. 105 GeV, zamknięty w 2000 r. TEVATRON w Fermilab, USA: proton antyproton 2000 GeV, działający, LHC w CERN: proton proton 7000 GeV, od końca 2008r. Eksperymenty przy LEP nie zaobserwowały Higgsa, ale wyznaczyły dolną granicę jego masy: m H > 114 GeV J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 25

STANDARDOWY MODEL fizyki cząstek Poszukiwanie Higgsa Cząstki oddziałują z wirtualnymi cząstkami Higgsa dopuszcza to zasada nieoznaczoności, np.: H kwark t t oddziałuje z wirtualna parą Higgs antyhiggs. H kwark t t emituje i absorbuje wirtualnego Higgsa. Te procesy wprowadzają poprawki do obliczeń przewidywanej wartości masy kwarka t, a wielkość poprawek zależy od rzeczywistej masy Higgsa. W ten sposób masę cząstki Higgsa oszacowuje się na: m H = 80-200 GeV J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 26

STANDARDOWY MODEL fizyki cząstek Poszukiwanie Higgsa Może więc być znaleziony w eksperymentach przy TEVATRON-ie, a zwłaszcza przy LHC! Jeden z możliwych sposobów produkcji cząstki Higgsa w TEVATRON-ie i LHC: gluony ze zderzających się protonów kwarki i antykwarki prawdziwe J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 27

STANDARDOWY MODEL fizyki cząstek Poszukiwanie Higgsa Zakres mas czastek: Kwark prawdziwy? Kwark piękny J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 28

STANDARDOWY MODEL fizyki cząstek Unifikacja oddziaływań elektrosłabych i silnych W Modelu Standardowym siła oddziaływania zależy od energii cząstek: Wygląda na to, że około 10 15 GeV następuje unifikacja oddziaływań elekrosłabych i silnych (w przybliżeniu ponieważ oddziaływania nie spotykają się w jednym punkcie). Takie zunifikowane oddziaływanie elektrosłabe + silne powinna opisywać jedna, głębsza teoria. J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 29

STANDARDOWY MODEL fizyki cząstek Problem hierarchii W fizyce masa cząstki jest modyfikowana przez efekty kwantowe, które dopuszcza zasada nieoznaczoności. Podobnie jak H wpływa na masę np. kwarka t, także inne cząstki wpływają na masę H poprawki do jego masy zwiększają się ze wzrostem energii cząstek. Problem hierarchii : jeżeli Model Standardowy jest słuszny do energii 10 15 GeV, to masa H powinna być olbrzymia a wszystko wskazuje na to, że nie jest! Lekarstwo na Problem hierarchii Supersymetria J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 30

SUPERSYMETRYCZNY MODEL fizyki cząstek Supersymetria Znane cząstki Cząstka fermion bozon bozon fermion Supercząstka Nowe cząstki nieobserwowane Każdej cząstce o spinie połówkowym odpowiada supercząstka o spinie całkowitym,a każdej cząstce o spinie całkowitym odpowiada supercząstka o spinie połówkowym: foton fotino gluon gluino kwark skwark Wpływ cząstek i supercząstek na masę Higgsa znosi się jeżeli supercząstki mają masę mniejszą niż 1000 GeV. J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 31

SUPERSYMETRYCZNY MODEL fizyki cząstek Cząstki supersymetryczne Bonus dokładna unifikacja: Najlżejsza cząstka supersymetryczna prawdopodobnie nie może się rozpadać (mogłaby się rozpadać tylko na zwykłe cząstki), czyli jest trwała. Najlżejsze cząstki supersymetryczne (tzw. LSP ) są wokół nas J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 32

Pytania do LHC w CERN Ciemna materia Bilans energii we Wszechświecie: Widoczna materia: Neutrina: Ciemna materia: Ciemna energia: NIE ZNAMY WIĘKSZOŚCI MATERII I ENERGII WE WSZECHŚWIECIE! J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 33

Pytania do LHC w CERN Ciemna materia Bilans energii otrzymuje się m.in. z interpretacji fluktuacji temperatury kosmicznego tła mikrofalowego wyznaczonego z pomiarów satelity WMAP: -200 T (µk) 200 J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 34

Pytania do LHC w CERN Ciemna materia Obserwujemy fluktuacje gęstości materii, które dały początek gwiazdom i galaktykom. Struktura poświaty 400 000 lat Mroczne Wieki Formowanie się galaktyk, planet, etc. Przespieszenie ekspansji Inflacja Wielki Wybuch Kwantowe fluktuacje 1-sze gwiazdy 400 milionów lat Ekspansja 13.7 miliardów lat J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 35

Pytania do LHC w CERN PYTANIA UZASADNIONE OLBRZYMIĄ ENERGIĄ DOSTĘPNĄ PODCZAS ZDERZEŃ PROTONÓW W LHC BADANIE NIEZNANEGO TERYTORIUM 1. Czy istnieją cząstki Higgsa? 2. Czy istnieją cząstki supersymetryczne? Ciemną materię mogą wyjaśnić LSP. 3. Dlaczego istnieje Wszechświat bez antymaterii? 4. Jakie własności miał gorący Wszechświat po 0.000,000,1 s od Wielkiego Wybuchu, utworzony z plazmy kwarków i gluonów,? 5. Czy przestrzeń ma więcej niż 3 wymiary? J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 36

LHC akcelerator do badania nowego terytorium Mt Blanc jeź. Lemańskie Genewa CERN 28 km obwodu J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 37

LHC 50-175 m pod ziemią Wyniki czołowych zderzeń protonów przyspieszonych do energii 7,000 GeV (energia dostępna w zderzeniu: 14,000 GeV) będą badane przy użyciu czterech gigantycznych detektorów: CMS, LHCb, ATLAS i ALICE. J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 38

LHC Tunel z magnesami do prowadzenia protonów na orbicie J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 39

LHC Wiązki protonów Dwie wiązki protonów poruszają się w przeciwnych kierunkach, Protony zgrupowane są w 2800 pakietach równo rozłożonych po obwodzie LHC, Pakiet ma długość kilku cm i grubość włosa i zawiera 100 miliardów protonów przyspieszonych do 99.999,999,1% prędkości światła, Energia zmagazynowana w wiązkach: 362 MJ; wystarcza do stopienia 1t miedzi, W rurze próżniowej panuje ciśnienie 10-10 Torr, czyli 10,000,000,000,000 mniejsze niż na powierzchni morza. J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 40

LHC Magnesy W tunelu znajduje się ponad 7000 magnesów nadprzewodzących; 1600 magnesów głównych o długościach 4 m i 15 m, a reszta służy do korekcji wiązki i ma długość od 0.1 do 1 m. Kable nadprzewodzące w magnesach są wykonane z drutów NbTi o grubości 0.006 mm. Zużyto na nie 1200 t NbTi. Po rozwinięciu, ich długość pokryłaby pięciokrotnie odległość od Ziemi do Słońca, Pole w magnesach głównych wynosi 8.7 T, przy prądzie 11,700 A, J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 41 Energia zmagazynowana w magnesach wynosi 11 GJ.

LHC Układ chłodzenia Magnesy są utrzymywane w temperaturze 1.9K przy użyciu nadciekłego helu, Do schłodzenia masy 31,000 t używa się 700,000 l (100 t) helu rozprowadzanego przez linię kriogeniczną o długości 30 km, Do wstępnego ochłodzenia używa się 12 milionów litrów ciekłego azotu. J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 42

Detektory LHC ATLAS Program fizyczny dedykowany poszukiwaniom Higgsa, cząstek supersymetrycznych, Detektor o rozmiarach 6-cio piętrowej kamienicy (22 m x 22 m x 42 m) lokalizuje położenie torów cząstek z precyzją kilkudziesięciu mikrometrów, Detektor zawiera 100 milionów kanałów elektroniki, którą obsługuje 3,000 km kabli. J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 43

Detektory LHC ATLAS Detektory LHC są budowane we wspólpracy wielu ludzi z calego świata; ATLAS jest budowany przez około 2000 fizyków i inżynierów ze 167 uniwersytetów i instytutów z 37 krajów. J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 44

Detektory LHC CMS tor mionu w detektorze Podobnie jak ATLAS - program fizyczny jest dedykowany poszukiwaniom Higgsa, cząstek supersymetrycznych, Detektor pozwala na dobrą identyfikację mionów, które mogą syganalizować rozpady nowych cząstek, Jest wyposażony w największy na świecie nadprzewodzący solenoid o długości 12.5 m i średnicy wewnętrznej 6 m, który wytwarza pole 4 T. Zmagazynowana w nim energia wystarczyłaby na stopienie J. P. Nassalski 18 t złota. Puławy, 29.2.2008 45

Detektory LHC LHCb Detektor Wierzchołka Poszukuje odpowiedzi na pytania: dlaczego w przyrodzie są 3 generacje cząstek? co spowodowało, że Wszechświat jest zdominowany przez materię? W tym celu bada się drobne różnice we własnościach cząstek i antycząstek zawierających kwark b (tzw. mezonów pięknych). LHC będzie ich produkował biliony rocznie w zderzeniach protonów, Mezony piękne żyją jedną bilionową sekundy. Ich pęd jest na tyle duży, że przed rozpadem oddalają się od miejsca zderzenia protonów na odległość ok. 1 cm, Wyśledzenie takich zdarzeń i precyzyjny pomiar odległości jest zadaniem Detektora Wierzchołka. J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 46

Detektory LHC ALICE Wehikuł do podróży w czasie do Wszechświata po milionowych częściach sekundy od jego powstania w wyniku Wielkiego Wybuchu Przez drobną chwilę materia przypominała wtedy gorącą zupę utworzoną przez kwarki i gluony, nazywaną plazmą kwarkowo-gluonową. Z niej utworzyły się protony i neutrony, które przetrwały do naszych czasów. LHC będzie wytwarzał miniaturowe Wielkie Wybuchy w wyniku czołowych zderzeń jąder ołowiu, w których będzie dostępna energia 1,150,000 GeV, Do obserwacji i badania plazmy posłużą określone cząstki, które z niej wylatują. Jest to trudne zadanie ponieważ w wyniku zderzenia jąder ołowiu może się utworzyć do 20,000 cząstek. Będzie to przypominało poszukiwanie igły w stogu siana W tym celu detektor ALICE jest wyposażony w szereg detektorów o bardzo dobrej zdolności rozdzielczej. J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 47

Zadania CERN Badania naukowe, Nowe technologie i transfer technologii, Edukacja studentów i nauczycieli, Rozwój współpracy międzynarodowej Nowe zadanie: określanie strategicznych kierunków badań w europejskiej fizyce cząstek. Roczny budżet CERN: 1 miliard franków szwajcarskich. J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 48

Zadania CERN Państwa członkowskie CERN J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 49

Zadania CERN Użytkownicy CERN Największe laboratorium fizyki cząstek elementarnych na świecie J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 50

Zadania CERN Najbardziej zaawnsowany kompleks akceleratorów na świecie początek J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 51

Zadania CERN Główne osiągnięcia naukowe CERN 1973: Odkrycie prądów neutralnych w komorze Gargamelle, 1983: Odkrycie bozonów W i Z w eksperymentach UA1 i UA2, 1995: Pierwsze atomy antymaterii w eksperymencie PS210, 2001: Odkrycie łamania symetrii CP w eksperymencie NA48. NAGRODY NOBLA W FIZYCE 1984: za odkrycie bozonów W i Z; Carlo Rubbia i Simon van der Meer 1992: za rozwój detektorów cząstek, szczególnie wielodrutowych komór proporcjonalnych. George Charpak J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 52

Zadania CERN Nowe technologie i transfer technologii Badania naukowe w CERN-ie prowadzą do rozwoju techniki i technologii. W CERN wynaleziono: światową pajęczynę WWW, grid komputerowy, obrazowanie medyczne. Detektory GEM Nowe detektory pojedynczych elektronów Medipix 2 Nowa generacja liczników fotonów J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 53

Zadania CERN GRID komputerowy LHC Detektory LHC będą produkować 100 TB/s. Po przejściu przez system preselekcji strumień ten będzie rzędu 0.1 GB/s. W ciągu roku CERN zgromadzi 15 PB danych. Dane te należy udostępnić 5000 fizykom z 500 ośrodków naukowych na całym świecie. Utworzono w tym celu grid komputerowy (LCG) obejmujący 150 ośrodków komputerowych na całym świecie, integrując 20,000 procesorów i 10 PB zasobów dyskowych. J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 54

Polska w CERN Dokument ratyfikacji J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 55

Polska w CERN Polska jest współwłaścicielem CERN od 1 lipca 1991 r. J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 56

Polska w CERN Polacy w CERN Polska składka do budżetu CERN wynosi 2.3%, CERN zatrudnia 38 polskich pracowników etatowych (staff) oraz 19 stypendystów (fellows), z których połowę stanowią młodzi inżynierowie z działu informatycznego, Mamy 16 studentów i doktorantów oraz 16 osób o statusie personelu stowarzyszonego (associates), Ponadto 213 Polaków ma status użytkownika CERN (CERN user), W sumie około 350 fizyków, inżynierów, techników i studentów ma formalne związki z CERN. Stanowi to znaczącą część całkowitej liczby około 400 osób uczestniczących w badaniach z dziedziny fizyki cząstek w Polsce. Polacy w CERN pochodzą z 9 ośrodków naukowych z Katowic, Kielc, Krakowa, Warszawy i Wrocławia. J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 57

Polska w CERN Polacy w LHC Fizycy z Kielc, Krakowa i Warszawy uczestniczą we wszystkich 4 eksperymentach przy LHC. Polskie zespoły liczą 20-30 osób. Uczestniczą w symulacjach wyników zderzeń protonów i w budowie aparatury w Polsce. Inżynierowie i technicy z Krakowa i Wrocławia wnieśli duży wkład w budowę LHC. Ponad 100 osób m.in. testowało elektryczne i mechaniczne połączenia magnesów, połączenia kriogeniczne i próżniowe, nadprzewodzące kable, zajmowało się uruchomieniem zabezpieczeń magnesów i automatyzacją linii ciekłego helu. W sumie przepracowano ponad 1000 osobomiesięcy. J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 58

Polska w CERN Polscy nauczyciele w CERN Grupa Edukacyjna CERN prowadzi od 2007 r. tygodniowe, polskojęzyczne kursy dla nauczycieli fizyki w klasach gimnazjalnych i ponadgimnazjalnych. Dzięki wsparciu finansowemu, głównie ze strony lokalnych samorządów i kuratoriów, a także Ministerstwa Edukacji, w 2007 r. obyły się 3 kursy, w których uczestniczyło około 100 polskich nauczycieli. Zainteresowanie kursami jest bardzo duże. W tym roku już 4 grupy zgłosiły gotowość przyjazdu. Jeden kurs już się odbył, drugi zacznie się za miesiąc, trzeci w drugim tygodniu czerwca, a trzeci jesienią. Więcej CERN nie jest w stanie przyjąć. Niezwykle cenną rzeczą jest Państwa aktywność w Polsce, po powrocie z CERN. Przerosła ona nasze wyobrażenia i przynosi dużą satysfakcję. Lista Państwa inicjatyw jest długa, a jej znamienitym przykładem jest obecna Konferencja. Informacje o kursach są dostępne na stronie internetowej CODN: http://www.codn.edu.pl J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 59

Polska w CERN Polscy nauczyciele w CERN Pierwszy kurs w języku polskim, 16-20.IV.2007. Drugi kurs, 21-25.V.2007 J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 60

Informacje Spodziewamy się, że LHC rozpocznie zbierać dane jesienią tego roku. Oficjalna inauguracja odbędzie się w CERN w październiku. W Polsce planuje się szereg akcji promocyjnych fizyki wysokich energii, związanych z uruchomieniem LHC, m.in.: - Sympozjum Physics of Elementary Interactions in the LHC Era, 21-22 kwietnia w Warszawie. Zapraszamy Państwa! http://www.fuw.edu.pl/lhc/symp08.html - Wystawę Jak działa LHC w budynku WF PW, 25-28 września. - Broszury informacyjne o CERN, LHC, eksperymentach. - inne: gdy dostaniemy fundusze W kwietniowym numerze Świata Nauki będą 4 artykuły związane z fizyką wysokich energii, m.in. artukuł o LHC i o wkładzie Polski do LHC. Dziękuję Państwu! J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 61

Zadania CERN Zasady działania CERN Zadania dzielone są pomiędzy stałych pracowników CERN i użytkowników CERN: CERN odpowiedzialny jest za budowę infrastruktury badawczej i koordynuje jej eksploatacje (zatrudnia ok. 3000 osób). kompetencje techniczne, technologiczne i organizacyjne. Użytkownicy pochodzą z uniwersytetów i laboratoriów narodowych (ok. 7500 osób). kompetencje naukowe, dynamika i stały dopływ młodych kadr naukowych. J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 62

Zadania CERN w wolnych chwilach J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 63

Polska w CERN Wizyty polskich VIP 16 czerwca 1982 r. prof. Michał Seweryński i prof. Krzysztof Kurzydłowski 12 lipca 2007 J. P. Nassalski Puławy, 29.2.2008 64