W jaki sposób dokonujemy odkryć w fizyce cząstek elementarnych? Maciej Trzebiński

Podobne dokumenty
Akceleratory Cząstek

Fizyka cząstek elementarnych

Theory Polish (Poland)

I. Przedmiot i metodologia fizyki

Cząstki i siły. Piotr Traczyk. IPJ Warszawa

WSTĘP DO FIZYKI CZĄSTEK. Julia Hoffman (NCU)

Eksperyment ALICE i plazma kwarkowo-gluonowa

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

Światło fala, czy strumień cząstek?

WYKŁAD 8. Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników

Fizyka kwantowa. promieniowanie termiczne zjawisko fotoelektryczne. efekt Comptona dualizm korpuskularno-falowy. kwantyzacja światła

Redefinicja jednostek układu SI

Wybrane zagadnienia fizyki jądrowej i cząstek elementarnych. Seweryn Kowalski

Przedmiot i metodologia fizyki

VI. 6 Rozpraszanie głębokonieelastyczne i kwarki

Atomowa budowa materii

Fizyka dla inżynierów I, II. Semestr zimowy 15 h wykładu Semestr letni - 15 h wykładu + laboratoria

Jak działają detektory. Julia Hoffman

Efekt Comptona. Efektem Comptona nazywamy zmianę długości fali elektromagnetycznej w wyniku rozpraszania jej na swobodnych elektronach

Fizyka 3. Konsultacje: p. 329, Mechatronika

Fizyka do przodu w zderzeniach proton-proton

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

III. EFEKT COMPTONA (1923)

Cząstki elementarne wprowadzenie. Krzysztof Turzyński Wydział Fizyki Uniwersytet Warszawski

Fizyka. w. 02. Paweł Misiak. IŚ+IB+IiGW UPWr 2014/2015

Dr inż. Michał Marzantowicz,Wydział Fizyki P.W. p. 329, Mechatronika.

Podstawy Fizyki Jądrowej

Janusz Gluza. Instytut Fizyki UŚ Zakład Teorii Pola i Cząstek Elementarnych

Sylwa czyli silva rerum na temat fizyki cz astek elementarnych

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

Własność ciała lub cecha zjawiska fizycznego, którą można zmierzyć, np. napięcie elektryczne, siła, masa, czas, długość itp.

Mechanika relatywistyczna Wykład 13

Zbiór wielkości fizycznych obejmujący wszystkie lub tylko niektóre dziedziny fizyki.

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

Fizyka i wielkości fizyczne

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

JÜLICH ELECTRIC DIPOLE INVESTIGATIONS MEASUREMENT WITH STORAGE RING

WYKŁADOWCA: dr Adam Czapla

Fizyka cząstek elementarnych warsztaty popularnonaukowe

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

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

Fizyka cząstek elementarnych i oddziaływań podstawowych

Fizyka cząstek elementarnych

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

Początek XX wieku. Dualizm korpuskularno - falowy

Wykład monograficzny 0 1

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

Ramka z prądem w jednorodnym polu magnetycznym

FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych

KONSPEKT LEKCJI FIZYKI DLA KLASY I GIMNAZJUM

Promieniowanie X. Jak powstaje promieniowanie rentgenowskie Budowa lampy rentgenowskiej Widmo ciągłe i charakterystyczne promieniowania X

Marek Kowalski

Mechanika relatywistyczna Wykład 15

IV.4.4 Ruch w polach elektrycznym i magnetycznym. Siła Lorentza. Spektrometry magnetyczne

Akceleratory. Urządzenia do wytwarzania strumieni cząstek o znacznej energii kinetycznej

Ćwiczenia z mikroskopii optycznej

Tomasz Szumlak WFiIS AGH 03/03/2017, Kraków

Wykład FIZYKA II. 3. Magnetostatyka. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Ruch ładunków w polu magnetycznym

OPTYKA. Leszek Błaszkieiwcz

dr inż. Zbigniew Szklarski

Słowniczek pojęć fizyki jądrowej

Wszechświat cząstek elementarnych

Miernictwo elektroniczne

Plan Zajęć. Ćwiczenia rachunkowe

Fizyka cząstek elementarnych. Tadeusz Lesiak

LHC i po co nam On. Piotr Traczyk CERN

Wstęp do akceleratorów

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

Zderzenia. Fizyka I (B+C) Wykład XVI: Układ środka masy Oddziaływanie dwóch ciał Zderzenia Doświadczenie Rutherforda

Niższy wiersz tabeli służy do wpisywania odpowiedzi poprawionych; odpowiedź błędną należy skreślić. a b c d a b c d a b c d a b c d

Jak działają detektory. Julia Hoffman

LHC klucz do Mikroświata

cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

Rozszyfrowywanie struktury protonu

Pole elektromagnetyczne. Równania Maxwella

Wszechświat czastek elementarnych

Rozładowanie promieniowaniem nadfioletowym elektroskopu naładowanego ujemnie, do którego przymocowana jest płytka cynkowa

FIZYKA-egzamin opracowanie pozostałych pytań

Praktyki studenckie na LHC IFJ PAN, 5 lipca 2017

Oddziaływania fundamentalne

Fizyka I. Zaliczenie wykładu. Termin I egzamin podstawowy, testowy 27 I 2010 r., sale 322 i 314 A1

Analiza wymiarowa i równania różnicowe

Właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków powtarzają się w pewnym cyklu (zebrane w grupy 2, 8, 8, 18, 18, 32 pierwiastków).

Akceleratory. Instytut Fizyki Jądrowej PAN 1

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Ruch cząstek naładowanych w polach elektrycznym i magnetycznym. Równania ruchu cząstek i ich rozwiązania. Ireneusz Mańkowski

Ciało doskonale czarne absorbuje całkowicie padające promieniowanie. Parametry promieniowania ciała doskonale czarnego zależą tylko jego temperatury.

Obserwacja Nowej Cząstki o Masie 125 GeV

Fizyka współczesna Co zazwyczaj obejmuje fizyka współczesna (modern physics)

Struktura porotonu cd.

PODSTAWY MECHANIKI KWANTOWEJ

λ(pm) p 1 rozpraszanie bez zmiany λ ze wzrostem λ p e 0,07 0,08 λ (nm) tł o

Wykład Budowa atomu 1

Wykład FIZYKA II. Wprowadzenie. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak. Instytut Fizyki Politechniki Wrocławskiej

Akceleratory (Å roda, 16 marzec 2005) - Dodał wtorek

Fizyka (Biotechnologia)

Źródła czastek. Wszechświat Czastek Elementarnych. Wykład 7. prof. dr hab. Aleksander Filip Żarnecki

Struktura protonu. Elementy fizyki czastek elementarnych. Wykład III

Wszystko, co kiedykolwiek chcieliście wiedzieć o CERNie i o fizyce cząstek

Transkrypt:

W jaki sposób dokonujemy odkryć w fizyce cząstek elementarnych? Maciej Trzebiński Instytut Fizyki Jądrowej im. Henryka Niewodniczańskiego Polskiej Akademii Nauk

Gimli Glider Boeing 767-233 lot: Air Canada 143 dzień: 23.06.1983 trasa: Montreal Edmonton zatankowane paliwo: 22 300 funtów potrzebne paliwo: 22 300 kg 1 funt (lb) = 0.45 kg Edmonton Gimli Montreal Wygodne podejście: unifikacja jednostek!

Międzynarodowy Układ jednostek Miar (SI) Zatwierdzony w 1960 przez Generalną Konferencję Miar. W Polsce układ SI obowiązuje od 1966 roku. Jednostki dzielą się na podstawowe i pochodne. Nazwa Jednostka Wielkość fizyczna metr m długość kilogram kg masa sekunda s czas amper A natężenie prądu elektrycznego kelwin K temperatura kandela cd światłość mol mol ilość materii Wygodny w codziennym użytku, zastosowaniach technicznych, itp. Nie sprawdza się w dyskusji bardzo dużych (Wszechświat) lub bardzo małych (cząstki elementarne) skali.

Naturalny układ jednostek Jednostki Plancka zestaw jednostek miary wykorzystywanych w fizyce zaproponowany przez Maxa Plancka. Jednostki te są zdefiniowane wyłącznie jak kombinacje stałych fizycznych. Nazwa Wielkość w jednostkach Definicja naturalnych SI czas Plancka tp = (ħ G / c5) 1T 5.39121 10-44 s długość Plancka lp = c tp = (ħ G / c3) 1L 1.61624 10-35 m masa Plancka mp = (ħ c / G) 1M 2.17645 10-8 kg ładunek Plancka qp = (4 π ε0 ħ c) 1Q 1.87555 10-18 C 1Θ 1.41679 1032 K temperatura Plancka Tp = mp c2 / k = (ħ c5 / (G k2)) W układzie jednostek Plancka następujące stałe przyjmują wartość jeden: Stała Symbol Wymiar prędkość światła w próżni c L/T stała grawitacyjna G L3 / M T2 zredukowana stała Plancka ħ = h / 2π M L2 / T czynnik stały z prawa Coulomba 1/(4 π ε0) M L3 / Q2 T2 stała Boltzmana k M L2 / T2 Θ

Naturalny układ jednostek w fizyce wysokich energii Jednostkami naturalnymi dla fizyki wysokich energii (cząstek elementarnych) są jednostki związane ze skalami występującymi w mechanice kwantowej oraz w teorii względności: jednostka działania: ħ = 1 prędkość światła w próżni: c = 1 jednostka energii: GeV (gigaelektronowolt) Elektronowolt energia, jaką uzyskuje bądź traci elektron, który przemieścił się w polu elektrycznym o różnicy potencjałów równej 1 woltowi. 1 ev = 1 e 1 V = 1.602 10-19 J

Jak obserwować? Zdolność rozdzielcza jak daleko od siebie muszą być dwa obiekty zanim zleją się w jeden Oko ludzkie zdolność rozdzielcza 0.03 mm (odległość najlepszego widzenia) Mikroskop (światło widzialne) powiększenie do 1500 razy Mikroskop (światło ultrafioletowe) powiększenie do 3500 razy Długość fali, którą oświetlamy obiekt musi być mniejsza od jego rozmiarów. 6

Jak obserwować? Dualizm korpuskularno-falowy materia ma zarówno właściwości korpuskularne jak i falowe długość fali ~ 1 / energia cząstki Im większa energia cząstki, tym mniejsza jest długość jej fali. źródło elektronów Mikroskop elektronowy powiększenie 10 000 000 razy zdolność rozdzielcza 50 pm rozpędzanie (zwiększanie energii) w polu elektrycznym skupianie wiązki w polu magnetycznym (soczewka) oświetlanie przedmiotu odczyt danych mili m 10-3 mikro µ 10-6 nano n 10-9 piko p 10-12 femto f 7 10-15

Jak obserwować? długość fali ~ 1 / energia cząstki Większa energia potrzeba rozpędzania (nadawania energii) - + - kolejne etapy przyśpieszania w polu elektrycznym Cyklotron cząstka przyśpieszana w polu elektrycznym zakrzywiana w polu magnetycznym 8

Stała tarcza czy wiązki przeciwbieżne? (E, 0, 0, p) (m, 0, 0, 0) (E, 0, 0, p) s tar 2mE (E, 0, 0, -p) s cen =2 E s tar = 2mE s cen 2E 9

LHC (Large Hadron Collider) obwód: ok. 27 km (~100 m pod ziemią) energia: do 14 TeV zderzenia: proton-proton, proton-ołów, ołów-ołów prędkość cząstek: 0.999999991c TeV ev: 14x1012 ev dżule: 1.602x10-19 14 TeV = 22.4x10-7 dżula energia ruchu fruwającego komara ALE skupiona na miliardy razy mniejszym obszarze 10

11

Elementy akceleratora LHC Magnesy: - dipolowe (D1, D2), - kwadrupolowe (Q1 Q6), - multipolowe: sekstupolowe, oktupolowe, dedaktupolowe. Monitory pozycji wiązki (BPM Beam Position Monitor). Kolimatory (TAN, TAS). Detektory do przodu : - ALFA istniejące, zainstalowane 240 m od punktu oddziaływania ATLASa, służące głównie do pomiaru rozproszenia elastycznego oraz miękkiej dyfrakcji, - AFP planowane do zainstalowania 210 m od punktu oddziaływania ATLASa, służące głównie do pomiaru twardej dyfrakcji. 12

Elementy akceleratora LHC magnesy dipolowe Zadania: - zakrzywianie wiązki (akcelerator jest kołowy!), - łączenie / separacja wiązek w okolicy punktów oddziaływań, Promień zakrzywienia jest proporcjonalny do energii cząstki naładowanej. 13

Elementy akceleratora LHC magnesy kwadrupolowe Zadanie: - skupianie wiązki. 14

Elementy akceleratora LHC magnesy multipolowe Zadanie: - korekcja wiązki. 15

Elementy akceleratora LHC monitory położenia wiązki Zadanie: - dostarczenie informacji o położeniu wiązki. 16

Elementy akceleratora LHC kolimatory Zadanie: - ochrona magnesów LHC. 17

Świetlność akceleratora jak często zajdzie dany przypadek? Podczas wojny secesyjnej dwóch amerykańskich żołnierzy jeden walczący po stronie Unii a drugi po stronie Konfederacji wystrzeliło do siebie. Ich pociski zderzyły się w połowie drogi! Bardzo rzadki przypadek, ale ja chcę go odtworzyć w warunkach laboratoryjnych! 18

Świetlność akceleratora jak często zajdzie dany przypadek? L= f n N1 N2 τ 4π σx σy eksperyment z pociskami akcelerator LHC - szybsze strzelanie f częstotliwość obiegu - użycie większej liczby pistoletów n liczba paczek protonowych w wiązce - jednoczesne wystrzelenie kilku pocisków N1, N2 liczba cząstek w paczce protonowej - celowanie (minimalizacja obszaru) σx, σy gaussowska szerokość wiązki - dłuższe strzelanie τ czas zbierania danych 19

Z czego składa się proton? kwarki walencyjne + skomplikowana mieszanina ( morze ) kwarków i gluonów Na LHC zderzamy partony! 20

Zderzenie protonów Nie można bezpośrednio badać, co się stało w punktcie oddziaływania ALE badając zachowanie i właściwości stabilnych wyprodukowanych cząstek możemy o tym wnioskować. 21