Wszechświat cząstek elementarnych dla przyrodników WYKŁAD 8 1 Maria Krawczyk, Wydział Fizyki UW 2.12. 2009 Współczesne eksperymenty-wprowadzenie Detektory Akceleratory Zderzacze LHC Mapa drogowa Tevatron- dziś
Współczesne eksperymenty -wprowadzenie W niektórych doświadczeniach jesteśmy bierni, tylko rejestrujemy zdarzenia i analizujemy wyniki w laboratoriach na- i podziemnych oraz satelitarnych. To dotyczy neutrin, promieniowania kosmicznego, (np. Kamiokande, Pierre Auger..) poszukiwania ciemnej materii, itp. Stosujemy różne sposoby detekcji cząstek (wykład 2) W innych doświadczeniach nasza rola większa: wytwarzamy cząstki (wiązki cząstek) o określonych własnościach (w tym energiach), prowadzimy i ogniskujemy wiązki, zderzamy wiązki z tarczą lub przeciwbieżną wiązką, a następnie rejestrujemy produkty zderzeń (detekcja)
Zderzacze XX-XXI w (energie zderzenia) LEP (CERN) SLC (SLAC) e+e- ep BaBaR (SLAC) BELLE (KEK) DAΦNE (Frascati) HERA (DESY) 200 GeV 100 9+3 10.6 1.4 300 p p Tevatron (FERMILAB) 1960 pp RHIC (Brookhaven) 200 14 000 (AA) LHC (CERN) PLANY ILC (i PLC) 0.5-1 TeV CLIC 3 TeV
Źródła cząstek Naturalne: - zródła promieniotwórcze - promieniowanie kosmiczne Sztuczne
Wykres: strumień cząstek o energii w przedziale 1 GeV padający na m2 w ciągu sekundy, (linie poziome = 1 cząska na m2/ sek m2 / rok i km2/rok)
Akceleratory i zderzacze ziemskie Akceleratory (przyspieszacze) dostarczają energetycznych cząstek do badania struktury materii. Te cząstki mogą się zderzać z nieruchomą tarczą lub z innymi energetycznymi cząstkami (zderzacze, kolajdery). Akceleratory kołowe cząstki krążą wielokrotnie po okręgu Akceleratory liniowe cząstki tylko raz przebiegają po prostej układ przyspieszający Kilka akceleratorów może być połączonych ze sobą, aby stopniowo nadawać wyższe energie cząstkom. O historii akceleratorów: http://www.aip.org/history/lawrence/epa.htm Ogólne informacje: http://public.web.cern.ch/public/en/research/accelerator-en.html
Etapy: 1/wytwarzanie i formowanie wiązek cząstek (cząstki formowane w paczki, paczki tworzą wiązki) 2/przyśpieszanie cząstek (pole el.) 3/prowadzenie i ogniskowanie wiązek cząstek (pole magn., szczególnie ważne dla zderzaczy kołowych) 4/zderzanie 5/obserwacja (detekcja, rejestracja, interpretacja) Ale najpierw pomysł badań w oparciu o przesłanki teoretyczne
Akceleratory (przyspieszacze)
długość Współcześnie: SPS (Super Proton Synchrotron, CERN) i liniowy akcelerator protonów (Fermilab)
Akcelerator kołowy w ręku(!) trzyma cyklotron
Zderzacz elektronów z protonami
Największe zderzacze w ośrodkach:
LEP LHC (zderzacz Large Elektron Pozyton) Large Hadron Collider ~samochód osob. 60 km/h
Widać inne zderzacze dostarczające wiązkę protonów do LHC
Duży okrąg- akcelerator protonów, mały - akcelerator elektronów
Zderzacz linowy e+ e-
Zderzacz liniowy e+e-
Większe energie w większych urządzeniach
ZBYT DUŻY!!
Energia to nie wszystko-ważna liczba zderzeń czyli świetlność
bo ciekawe procesy bardzo mało prawdopodobne
LHC
Wielki Zderzacz Hadronów Large Hadron Collider (LHC) 4 doświadczenia
tunel pod ziemią 100 m
detektor=nazwa eksperymentu człowiek
człowiek
HIGGS?
LHC ruszył po naprawie! 23 listopada 2009r doszło do pierwszych zderzeń w LHC. Detektory 4 doświadczeń (CMS, ATLAS, ALICE LHCb) zarejestrowały wyniki zderzeń. 30 listopada br pobity rekord energii obie wiązki osiągnęły energię 1.18 TeV!! W Tevatronie energia wiązki 0.98 TeV Nowości na bieżąco http://twitter.com/cern/
LHC to nie jest wyprawa w nieznane! Prowadzi nas Model Standardowy i poważne teorie/modele teoretyczne Istniejące doświadczenia oświetlają drogę Wiemy czego szukamy i wiemy co na pewno znajdziemy Ale liczymy też na niespodzianki
Poszukiwanie nowych ciężkich cząstek - dwa fronty badań Doświadczenia przy dużych energiach: bezpośrednia produkcja ciężkich cząstek. LEP: masa cząstki Higgsa większa od 114 GeV Doświadczenia przy niskich energiach ale bardzo precyzyjne: pośrednie efekty od ciężkich cząstek. Dopasowanie do precyzyjnych danych zawiera poprawki kwantowe od tych cząstek.
Mapa drogowa w fizyce cząstek elementarnych - wiek XXI CEL: fundamentalny opis przyrody Duży Zderzacz Hadronów =TeVatron Wielki Zderzacz Hadronów = LHC Zderzacze leptonów średnie i małe energie Zderzacz kosmiczny Plany: Duże i wielkie liniowe zderzacze leptonów = ILC, CLIC Zderzacze fotonów PLC
Higgs Higgs H i g g s I L C ILC LHC
Dziś w TeVatronie Badania w toku - QCD i produkcja jetów hadronowych - Procesy elektrosłabe - Fizyka cząstek zawierajacych kwark b - Kwarki t - Poszukiwanie cząstek Higgsa - Poszukiwanie nowych zjawisk
osiągnięta czułość na produkcje cząstki Higgsa rozpadajacej się na WW/ZZ
Odkrycie 2008 : hadron Ωb - stan ssb - najcięższy barion (qqq)