en ny värld av partiklar att upptäcka, Lunds Universitet NMT-dagar, Lund, 2014-03-10 1 i fysik 2 och krafter 3 ska partiklar och krafter 4 på jakt efter nya partiklar
Newtons 2:a lag i fysik
Newtons andra lag Newtons 2:a lag F = m a densamma oavsett position, tid och hastighet eller?
Newtons andra lag, förbättrad Newtons 2:a lag Vid höga hastigheter ökar den effektiva massan (Einstein) F = m a 1 v 2 c 2 inget kan röra sig fortare än ljuset (a = gäller oavsett position, tid och hastighet! 1 v 2 c 2 F m ) Poincaré-invarians Så vitt vi vet måsta alla fysikaliska teorier ha en sådan rumtids -symmetri
Utvidgar Poincaré-symmetrin med en spegel -symmetri Newtons 2:a lag varje elementarpartikel har en supersymmetrisk partner varför?
och krafter
materiens minsta byggstenar All materia består av kvarkar och elektroner
håller materian samman
Elementarpartikelfysikens standardmodell Beskriver materien och de elektromagnetiska, starka och svaga krafterna i detalj (men inte gravitation)
den sista pusselbiten
4:e juli 2012 - en historisk dag på många sätt...
4:e juli 2012 - en historisk dag på många sätt...
4:e juli 2012 - en historisk dag på många sätt...
4:e juli 2012 - en historisk dag på många sätt... Nu också i partikelfysikens värld
4:e juli 2012 - en historisk dag på många sätt... Nu också i partikelfysikens värld
Nyheten spreds som en löpeld över världen
till och med på ekonomisidorna
och publicerades i en ledande tidskrift
Klar signal från pp H ZZ µ + µ µ + µ
Observation av Higgspartikeln vid LHC kandidathändelse för pp H ZZ µ + µ µ + µ
Var det allt?
Problem med 1 Utan är alla partiklar masslösa
Problem med 1 Utan är alla partiklar masslösa fixat
Problem med 1 Utan är alla partiklar masslösa fixat 2 Men varför har partiklar så olika massa? m ν < 0.000 000 001 GeV/c 2 m e = 0.000 511 GeV/c 2 m t = 172 GeV/c 2 m W = 80.2 GeV/c 2 m Higgs = 126 GeV/c 2
Problem med 1 Utan är alla partiklar masslösa fixat 2 Men varför har partiklar så olika massa? m ν < 0.000 000 001 GeV/c 2 m e = 0.000 511 GeV/c 2 m t = 172 GeV/c 2 m W = 80.2 GeV/c 2 m Higgs = 126 GeV/c 2 3 Varför tre olika generationer med kvarkar och leptoner?
Problem med 1 Utan är alla partiklar masslösa fixat 2 Men varför har partiklar så olika massa? m ν < 0.000 000 001 GeV/c 2 m e = 0.000 511 GeV/c 2 m t = 172 GeV/c 2 m W = 80.2 GeV/c 2 m Higgs = 126 GeV/c 2 3 Varför tre olika generationer med kvarkar och leptoner? 4 Varför har protonen och elektronen lika stor laddning?
Problem med 1 Utan är alla partiklar masslösa fixat 2 Men varför har partiklar så olika massa? m ν < 0.000 000 001 GeV/c 2 m e = 0.000 511 GeV/c 2 m t = 172 GeV/c 2 m W = 80.2 GeV/c 2 m Higgs = 126 GeV/c 2 3 Varför tre olika generationer med kvarkar och leptoner? 4 Varför har protonen och elektronen lika stor laddning? 5 Varifrån kommer den mörka materien?
Problem med 1 Utan är alla partiklar masslösa fixat 2 Men varför har partiklar så olika massa? m ν < 0.000 000 001 GeV/c 2 m e = 0.000 511 GeV/c 2 m t = 172 GeV/c 2 m W = 80.2 GeV/c 2 m Higgs = 126 GeV/c 2 3 Varför tre olika generationer med kvarkar och leptoner? 4 Varför har protonen och elektronen lika stor laddning? 5 Varifrån kommer den mörka materien? 6 Varför är Higgspartikeln så lätt?
Problem med Varfo r a r Higgspartikeln mycket la ttare a n Planckmassan? (den skala da r gravitationen a r lika stark som o vriga krafter) Kvantmekaniska bera kningar i standardmodellen fo rutsa ger mhiggs mplanck 10 000 000 000 000 000 000 GeV/c2
Partiklar och krafter Higgspartikelns massa Antipartiklar ska partiklar och krafter
ska partiklar och krafter Partiklar och krafter Higgspartikelns massa Antipartiklar varje partikel har en supersymmetrisk partner
Higgspartikelns massa med supersymmetri Om supersymmetrin är exakt förvinner alla kvantmekaniska korrektioner till Higgspartikelns massa Partiklar och krafter Higgspartikelns massa Antipartiklar + = 0 n förutsa att m Higgs < 140 GeV/c 2 Priset vi får betala är en dubblering av antalet elementarpartiklar ingen supersymmetrisk partikel har hittats (ännu) Samtidigt om den lättaste supersymmetriska partikeln är stabil kan den förklara den mörka materien
Antipartiklar Inte första gången en teori förutsäger en dubblering av antalet partiklar Paul Dirac förutsa antipartiklar då han formulerade en relativistisk ekvation för elektroner (Poincaré-symmetri) Partiklar och krafter Higgspartikelns massa Antipartiklar
CERN LHC tunneln LHC magneter LHC experimenten ATLAS ATLAS magneter ATLAS detektorn ATLAS bakgrund ATLAS signal ATLAS gränser på jakt efter nya partiklar
Elementarpartikelfysikcentret CERN CERN LHC tunneln LHC magneter LHC experimenten ATLAS ATLAS magneter ATLAS detektorn ATLAS bakgrund ATLAS signal ATLAS gränser 100 m under marken finns LHC tunneln med omkrets 27 km
LHC tunneln CERN LHC tunneln LHC magneter LHC experimenten ATLAS ATLAS magneter ATLAS detektorn ATLAS bakgrund ATLAS signal ATLAS gränser Hela ringen är fylld med 1232 supraledande magneter nedkylda med flytande helium till 1.9 grader över absoluta nollpunkten kallare än i yttre rymden
LHC magneter CERN LHC tunneln LHC magneter LHC experimenten ATLAS ATLAS magneter ATLAS detektorn ATLAS bakgrund ATLAS signal ATLAS gränser Magneterna böjer strålar med protoner så att de kan cirkulera i tunneln en stråle i vardera riktning
LHC experimenten CERN LHC tunneln LHC magneter LHC experimenten ATLAS ATLAS magneter ATLAS detektorn ATLAS bakgrund ATLAS signal ATLAS gränser Forskare från Lund deltar i två av experimenten: ATLAS studerar Higgspartikeln och letar efter nya partiklar ALICE försöker återskapa förhållandena några sekunder efter Big Bang
ATLAS-experimentet ovan jord CERN LHC tunneln LHC magneter LHC experimenten ATLAS ATLAS magneter ATLAS detektorn ATLAS bakgrund ATLAS signal ATLAS gra nser
ATLAS magneter CERN LHC tunneln LHC magneter LHC experimenten ATLAS ATLAS magneter ATLAS detektorn ATLAS bakgrund ATLAS signal ATLAS gränser ATLAS detektorn är 20 meter hög och 40 meter lång
ATLAS detektorn CERN LHC tunneln LHC magneter LHC experimenten ATLAS ATLAS magneter ATLAS detektorn ATLAS bakgrund ATLAS signal ATLAS gränser Hela volymen är fylld av olika detektordelar Mitt i detektorn kolliderar protoner som kommer in från varsitt håll med 99.99999 procent av ljushastigheten I protonkollisionen kan nya partiklar produceras
ATLAS bakgrund CERN LHC tunneln LHC magneter LHC experimenten ATLAS ATLAS magneter ATLAS detektorn ATLAS bakgrund ATLAS signal ATLAS gränser Men för det mesta kommer bara kvarkar att produceras
ATLAS signal för en supersymmetrisk partikel CERN LHC tunneln LHC magneter LHC experimenten ATLAS ATLAS magneter ATLAS detektorn ATLAS bakgrund ATLAS signal ATLAS gränser ska skvarkar som produceras sönderfaller till kvarkar vilka syns i detektorn men också den lättaste supersymmetriska partikeln som förvinner utan att lämna några spår obalans i transversella planet
ATLAS gränser på supersymmetriska modeller CERN LHC tunneln LHC magneter LHC experimenten ATLAS ATLAS magneter ATLAS detektorn ATLAS bakgrund ATLAS signal ATLAS gränser Ännu inga signaler
Frågor för LHC Varför är Higgspartikeln så lätt jämfört med Planckmassan? Finns det supersymmetriska partiklar? Består mörk materia av den lättaste supersymmetriska partikeln? Finns det fler krafter eller förenas all krafter vid hög energi i en urkraft? Finns det fler rumsdimensioner? LHC fortsätter utforskandet i april 2015