Partikeläventyret. Bernhard Meirose

Relevanta dokument
LHC Vad händer? Christophe Clément. Elementarpartikelfysik Stockholms universitet. Fysikdagarna i Karlstad,

Hur mycket betyder Higgspartikeln? MASSOR!

Supersymmetri. en ny värld av partiklar att upptäcka. Johan Rathsman, Lunds Universitet. NMT-dagar, Lund, Symmetrier i fysik

Supersymmetri. en ny värld av partiklar att upptäcka. Johan Rathsman, Lunds Universitet. NMT-dagar, Lund, Symmetrier i fysik

Christian Hansen CERN BE-ABP

LHC Vad händer? Christophe Clément. Elementarpartikelfysik Stockholms universitet. Fysikdagarna i Karlstad,

Upptäckten av Higgspartikeln

Hur mycket betyder Higgs partikeln? MASSOR! Leif Lönnblad. Institutionen för Astronomi och teoretisk fysik Lunds Universitet. S:t Petri,

Higgspartikeln. och materiens minsta beståndsdelar. Johan Rathsman Teoretisk Partikelfysik Lunds Universitet. NMT-dagar i Lund

Standardmodellen. Figur: HANDS-ON-CERN

Acceleratorer och Detektorer Framtiden. Barbro Åsman den

Theory Swedish (Sweden)

Att utforska mikrokosmos

Krävs för att kunna förklara varför W och Z bosoner har massor.

1.5 Våg partikeldualism

Higgsbosonens existens

Föreläsning 8 Elementarpartiklar, bara kvarkar och leptoner

LHC Att Studera Universums Minsta Beståndsdelar i Världens största Experiment

Föreläsning 8 Elementarpartiklar, bara kvarkar och leptoner

Föreläsningsserien k&p

Föreläsning 12 Partikelfysik: Del 1

Hur kan man finna Higgs boson? Donna Montagna, Kalle Nyman & Peter Henningsson

Atomens historia. Slutet av 1800-talet trodde man att man hade en fullständig bild av alla fysikaliska fenomen.

Föreläsning 2. Att uppbygga en bild av atomen. Rutherfords experiment. Linjespektra och Bohrs modell. Vågpartikel-dualism. Korrespondensprincipen

Varför forskar vi om elementarpartiklar? Svenska lärarare på CERN Tord Ekelöf, Uppsala universitet

Tentamen i FUF050 Subatomär Fysik, F3

Den experimentella partikelfysikens framtid.

Introduktion till partikelfysik. CERN Kerstin Jon-And Stockholms universitet

Välkommen till CERN. Lennart Jirden CERN PH Department Genève

Modernfysik 2. Herman Norrgrann

III Astropartikelfysik och subatomär fysik

Innehåll. Förord Del 1 Inledning och Bakgrund. Del 2 Teorin om Allt en Ny modell: GET. GrundEnergiTeorin

Leptoner och hadroner: Teori och praktik inom partikelfysiken

Föreläsning 4 Acceleration och detektion av partiklar

Föreläsning 8 Elementarpartiklar, bara kvarkar och leptoner

Christophe Clément (Stockholms Universitet)

Om partikelfysik och miljardsatsningar

Att förena gravitation och elektromagnetism i en (klassisk) teori. Kaluza [1919], Klein [1922]: Allmän

Del A: Seminarium i Hedemora Tord Ekelöf, Uppsala universitet

Föreläsningsserien k&p

Experimentell fysik. Janne Wallenius. Reaktorfysik KTH

Medicinsk Neutron Vetenskap. yi1 liao2 zhong1 zi3 ke1 xue2

Rörelsemängd och energi

Välkommen till CERN. Lennart Jirden CERN PH Department Genève

Distribuerad data-analys inom CMS-experimentet

Småsaker ska man inte bry sig om, eller vad tycker du? av: Sofie Nilsson 1

Atomens uppbyggnad. Atomen består av tre elementarpartiklar: Protoner (+) Elektroner (-) Neutroner (neutral)

Elementarpartikelfysik sammanfattning (baserad på anteckningar av Sten Hellman)

Radioaktivt sönderfall Atomers (grundämnens) sammansättning

Vågfysik. Ljus: våg- och partikelbeteende

Fysik TFYA68. Föreläsning 11/14

Föreläsning 3. Radioaktivitet, alfa-, beta-, gammasönderfall

Föreläsning 3. Radioaktivitet, alfa-, beta-, gammasönderfall

Om Particle Data Group och om Higgs bosonens moder : sigma mesonen

Föreläsning 6. Amplituder Kvanttillstånd Fermioner och bosoner Mer om spinn Frågor Tentan. Fk3002 Kvantfysikens grunder 1

Tentamen. Fysik del B2 för tekniskt / naturvetenskapligt basår / bastermin BFL 120 / BFL 111

CERNs Acceleratorer en kort introduktion

Lösningar - Rätt val anges med fet stil i förekommande fall (obs att svaren på essäfrågorna inte är uttömmande).

Higgspartikeln upptäckt äntligen!

BFL 111/ BFL 120 Fysik del B2 för Tekniskt Basår/ Bastermin

INTRODUKTION TILL PARTIKELFYSIK. Från atomer till kvarkar

Observera att uppgifterna inte är ordnade efter svårighetsgrad!

Relativistisk energi. Relativistisk energi (forts) Ekin. I bevarad energi ingår summan av kinetisk energi och massenergi. udu.

1 Den Speciella Relativitetsteorin

Litet quiz om svarta hål och kvantfysik: facit på www2.kau.se/tp/outreach Nedanför quizzet ger jag facit. Men försök själv först!

Tentamen i FUF050 Subatomär Fysik, F3

Utbildningsutmaningar för ATLAS-experimentet

ÄFYC01, Fysik 3: Kvantfysik med didaktik, 30 högskolepoäng Fysik 3: Quantum Physics with Didactics, 30 credits Grundnivå / First Cycle

Välkommen till CERN. Lennart Jirden CERN PH Department

Upp gifter. är elektronbanans omkrets lika med en hel de Broglie-våglängd. a. Beräkna våglängden. b. Vilken energi motsvarar våglängden?

ÄFYD04, Fysik 4, 30 högskolepoäng Physics 4, 30 credits Grundnivå / First Cycle

BFL122/BFL111 Fysik för Tekniskt/ Naturvetenskapligt Basår/ Bastermin Föreläsning 7 Kvantfysik, Atom-, Molekyl- och Fasta Tillståndets Fysik

Föreläsning 4 Acceleration och detektion av partiklar

Parbildning. Om fotonens energi är mer än dubbelt så stor som elektronens vileoenergi (m e. c 2 ):

Relativitetsteorins grunder, våren 2016 Räkneövning 3 Lösningar

Relativistisk kinematik Ulf Torkelsson. 1 Relativistisk rörelsemängd, kraft och energi

Kurs PM, Modern Fysik, SH1011

CERNs Acceleratorer en kort historisk introduktion

LEKTION 27. Delkurs 4 PROCESSER I ATOMKÄRNAN MATERIENS INNERSTA STRUKTUR

Innehåll. Fysik Relativitetsteori. fy8_modernfysik.notebook. December 19, Relativitetsteorin Ljusets dualism Materiens struktur Kärnfysik

Det finns något där ute i universum, något som är. Mörk materia att mäta något man inte kan se. aktuell forskning. av Elin Bergeås Kuutmann

Innehåll. Fysik Relativitetsteori. fy8_modernfysik.notebook. December 12, Relativitetsteorin Ljusets dualism Materiens struktur Kärnfysik

Tentamen i Modern fysik, TFYA11/TENA

14. Elektriska fält (sähkökenttä)

Partikelfysik och det Tidiga Universum. Jens Fjelstad

som kosmiska budbärare

Universums uppkomst: Big Bang teorin

s 1 och s 2 är icke kvantmekaniska partiklar? e. (1p) Vad blir sannolikheterna i uppgifterna b, c och d om vinkeln = /2?

If you think you understand quantum theory, you don t understand quantum theory. Quantum mechanics makes absolutely no sense.

Kvantbrunnar Kvantiserade energier och tillstånd

7. Atomfysik väteatomen

Lösningar Heureka 2 Kapitel 14 Atomen

Röntgenstrålning och Atomkärnans struktur

Kvantmekanik. Kvantmekaniken: De naturlagar som styr förlopp i den mikroskopiska världen (och i den makroskopiska!) Kvantmekanik.

Tentamen: Atom och Kärnfysik (1FY801)

Varför behöver vi higgs-partikeln?

Number 14, 15, 16, and 17 also in English. Sammanställning av tentamensuppgifter Kvant EEIGM (MTF057).

Fysik TFYA86. Föreläsning 10/11

En resa från Demokritos ( f.kr) till atombomben 1945

Kvarkar, leptoner och kraftförmedlare. Kerstin Jon-And Fysikum, SU 28 april 2014

Transkript:

Partikeläventyret Bernhard Meirose

Vad är Partikelfysik? Wikipedia: "Partikelfysik eller elementarpartikelfysik är den gren inom fysiken som studerar elementarpartiklar, materiens minsta beståndsdelar, och hur de växelverkar med varandra. Partikelfysik kallas ofta högenergifysik eftersom man behöver höga energier för att studera dess fenomen experimentellt." Jättebra. Men vad betyder det?

Elementarpartikel Molekyl (består av atomer) Atom (består av kärnan och elektroner) Kärnan (består av protoner och neutroner) Elementarpartikel (kvarkar, elektroner, neutriner)

Hur liten? Atomen är (åtminstone) 100,000,000 gånger större än elektronen eller kvarken. Om elektronens eller kvarkens "diameter" var 3 m (maximala!) atomens "diameter" skulle vara som avståndet från jorden till månen.

Elementarpartikeln (i Standardmodellen) Alla elementära partiklar som finns i naturen är en del av den så kallade Standardmodellen, som är den teori som förklarar hur alla partiklar växelverkar med varandra. Interaktioner:

Standardmodellen (materia och krafter) Materia 6 kvarkar 6 leptoner Grupperade i tre generationer Den saknade ingrediensen: Higgs Boson Krafter Elektrosvaga: γ (foton) (elektromagnetismen) - Z0, W± (svaga) Stark - g (gluon) Inte gravitationskraften! Ingen kvantfältteori av gravitationskraften ännu.

Feynmandiagram Bildrepresentationer av de matematiska uttryck, som reglerar beteende av subatomära partiklar. Exempel betasönderfall av en neutron (grundnivå: 1. d u + W- ) 2. Tid Pilens riktning symboliserar anti partikeln. Den rör sig fortfarande åt höger i tiden. 7

Högenergi: Varför? Du kommer att lära dig mer om Standardmodellen matematisk struktur och historia i nästa föreläsning. Nu vill vi besvara två frågor: Varför behöver vi högenergi för att studera små saker? Hur kan vi, experimentiellt, göra det?

Våg-partikeldualitet Centralt koncept inom kvantmekaniken: alla partiklar har vågliknande egenskaper (inte bara ljus). De Broglie visade att alla partiklar har en ekvivalent våglängd ( λ ): λ =h/p (h är Plancks konstant) Hög rörelsemängd (p) ger oss korta våglängder så att vi kan se små detaljer! Exampel: elektronmikroskop

Sondering materia

Geiger-Marsden-Rutherford Experiment (1909) Hans Geiger, Ernest Marsden och Ernest Rutherford upptäckte atomkärna genom förbränning av alfapartiklar (med hög energi) med guld och observera dem studsa tillbaka. Dem använde naturliga hög ( 3 7 MeV ) energikälla (radioaktiva sönderfall) för att "se" atomkärnan! Prekursor av alla spridningsexperiment med en accelerator.

Acceleratorer: ju högre energi, desto mindre partiklarna kan du se Geiger, Marsden och Rutherford såg inne i kärnan, men med mer energi SLAC såg inne i protonen själv! Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), California, 1968: Fire elektroner på protoner: stora deflektioner sett! --> Kvarkar detekteras inom protonen! <--

En lång och svår väg till mycket små partiklar

Hur fungerar en accelerator?

Laddade partikelstrålar

Accelerationen Omväxlande radiofrekvens spänning (Alternating Radio Frequency voltage) -+ + -+ + - Varje steg ger en liten ökning av energi till partikeln. 16

Inriktning Magneter (focussing magnets) LHC huvudkvadrupol strålen växelvis fokuserade i horisontella och vertikala plan.

Cirkulära Acceleratorer Cyclotron Första cirkulära partikelacceleratorn som byggdes av Ernest O. Lawrence & Stanley Livingston i Berkeley in 1930. Energi = 80 kev, Diameter = 13cm 13 cm 18

Synchrotron komponenter I en collider, cirkulerar klasar av partiklar / antipartiklar i motsatta riktningar.

Large Hadron Collider (LHC) parametrar Används partiklar: protoner (i proton-proton kollisioner) och tunga joner (Bly 82+) Omkrets: 26659 meter. Injicerade strålenergi: 450 GeV (protoner) Nominell proton energi: 7 TeV (till nu 3.5 TeV och de blir 6.5 TeV i 2014) 2835x2835 proton-proton-paket ("bunches") (till nu 300x300) 1011 protoner per bunch korsning andel av de proton bunches: 40 MHz (till nu 4 MHz) upp till 109 pp-kollisioner per sekund (fram till nu: 107 pp-kollisioner per sekund) 1

1. LINAC2 (0.05 GeV) 2. PSB (1.4 GeV) 3. PS (26 GeV) 4. SPS (450 GeV) 5. LHC (3500 GeV) 5. LHC (6500 GeV) i 2014

Hur kan vi observera vad som kommer ut från LHC kollisioner? Detektorerna

Grundprincipen för kollision strålenexperimentet Kolliderade strålar: under kollisionen strålar partiklarna i alla riktningar, därför är detektorn är sfärisk eller, mer allmänt, cylindrisk. 11.05.2007

Basiska detektor komponenter Olika komponenter bildar lökliknande lager. Varje typ av partiklar ger en specifik kombination av signaler i komponenterna. Neutriner lämnar inga spår i någon av dessa komponenter och härleds genom luckorna i energi ("missing energy").

Huvudsakliga LHC detektorer ALICE LHCb 11.05.2007 CMS ATLAS

Vad är ATLAS? ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) Det är en detektor med allmänt ändamål (brett spektrum av signaler). Världens största detektor. 11.05.2007

Byggandet av ATLAS-detektorn Beginn 2004 29

ATLAS Collaboration ATLAS har ca 3000 medarbetare. Förutom Lund finns det tre andra svenska grupper i ATLAS, från Uppsala, Stockholms universitet och KTH (Kungliga Tekniska Högskolan, Stockholm). ATLAS-projektet är ett internationellt samarbete där 38 länder ingår. Vart och ett av dessa länder visas med färg på kartan i nästa bild.

Och vad kan vi se i ATLAS-detektorn till exempel? Higgs

Vad är massa? "Töm" vakuum Higgs bakgrundsfält Alla partiklar är masslösa Röra sig med ljusets hastighet Partiklar bromsas av interaktion med Higgs fältet Partiklar får faktiskt en massa Värde beror på styrkan i interaktion med bakgrundsfältet Higgs-partikel Kvantmekaniska stimulering av Higgs fältet Nödvändig konsekvens av koncept!

Higgs produktion Många produktionsmekanismer

Higgs sönderfaller exempel fraktion av sönderfall processer i Higgspartikeln Förutsebar som funktion av massa:

Higgs partikel i ATLAS-detektorn Exempel 1: H ZZ μ+μ-μ+μ-

Saknade Transversell Energi (missing transverse energy) Summan av energin av alla partiklar som inte direkt mäts av detektorn: i Standardmodellen: alla neutriner.

Higgs partikel i ATLAS-detektorn Exempel 2: H W+W- 2 neutriner lämna inga signal i detector = saknade energi!

Higgs partikel i ATLAS-detektorn Idag: hitta kandidater för H W+ W-! Men var det? Eller? Är dessa klart urskiljbara i detector? Lycka till!

Tack för att ni lyssnade!

Back-up

Energy Units! Electron Volt Energy gained by an electron when accelerated in an electric field through a potential difference of 1 volt. 1 ev = 1 electron Volt Energy to ionise hydrogen = 13.6 ev 1 kev(kilo) = 1,000 ev = 103 ev Medical X-ray ~ 200 kev 1 MeV(Mega) = 1,000,000 ev = 106 ev Alpha particle decay of uranium 4.2 MeV 1 GeV(Giga) = 1,000,000,000 ev = 109 ev LEP collider beam (1989-2000) = 45 GeV 1 TeV(Tera) = 1,000,000,000,000 ev = 1012 ev Tevatron collider (1983-2011) = 1 TeV Highest energies found in cosmic rays (>1020 ev)