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

65  Download (0)

Pełen tekst

(1)

Wszystko, co kiedykolwiek chcieliście wiedzieć o CERNie

i o fizyce cząstek

i jeszcze kilka, których nie chcieliście wiedzieć, ale i tak się dowiecie

mgr inż. Małgorzata Janik - majanik@cern.ch mgr inż. Łukasz Graczykowski - lgraczyk@cern.ch

Zakład Fizyki Jądrowej, Wydział Fizyki Politechniki Warszawskiej

V LO im. Księcia Józefa Poniatowskiego, Warszawa, 11.04.2013

(2)

Wszystko, co kiedykolwiek chcieliście wiedzieć o CERNie

i o fizyce cząstek

i jeszcze kilka rzeczy, których nie chcieliście wiedzieć, ale i tak się dowiecie

mgr inż. Małgorzata Janik - majanik@cern.ch mgr inż. Łukasz Graczykowski - lgraczyk@cern.ch

Zakład Fizyki Jądrowej, Wydział Fizyki Politechniki Warszawskiej

V LO im. Księcia Józefa Poniatowskiego, Warszawa, 11.04.2013

(3)

Wszystko, co kiedykolwiek chcieliście wiedzieć o CERNie

i o fizyce cząstek

i jeszcze kilka rzeczy, których może nie chcieliście wiedzieć, ale i tak się dowiecie

mgr inż. Małgorzata Janik - majanik@cern.ch mgr inż. Łukasz Graczykowski - lgraczyk@cern.ch

Zakład Fizyki Jądrowej, Wydział Fizyki Politechniki Warszawskiej

V LO im. Księcia Józefa Poniatowskiego, Warszawa, 11.04.2013

(4)

CERN – kilka faktów

CERN – skrót od Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (obecnie Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire)

 Organizacja międzynarodowa w pełni funkcjonująca od 1954 roku

 Jeden z największych ośrodków naukowych na świecie

 20 europejskich krajów członkowskich (w tym Polska), 4 kandydujące

 Budżet – 1,2 mld CHF rocznie

 ~2400 etatowych pracowników oraz ~10 000 naukowców pracujących w CERN i opłacanych przez zagraniczne instytucje (tylko ~5% to fizycy!)

 Za prace prowadzone w CERN przyznano do tej pory 5 Nagród Nobla

(5)
(6)

LHC LHC CERN/Meyrin CERN/Meyrin Jezioro Genewskie

Jezioro Genewskie

Alpy/Masyw Mont Blanc Alpy/Masyw Mont Blanc

Genewa

Genewa

(7)

100 m

100 m

(8)
(9)

Temperatura T=1.9 K=

-271.2

o

C

Próżnia P=10

-10

Tr Długość tunelu akceleratora

L=27km

Głębokość tunelu akc.

H=100m

LHC - Large Hardon Collider (Wielki Zderzacz Hadronów)

W tych rurach krążą protony;

ich prędkość:

v=0.999999991c Energia: E=7 TeV

c

– prędkość światła

LHC

to prawdziwa księga rekordów

Guinnessa

(10)

10

= Lord of the Rings

(11)

11

= Lord of the Rings

(12)

Jak to działa w praktyce?

Możemy przyspieszać tylko cząstki naładowane (elektrony, protony, jądra atomowe)

Pole elektryczne – przyspiesza cząstki

Pole magnetyczne – zakrzywia tor wiązki

(13)

Jak to działa w praktyce?

Możemy przyspieszać tylko cząstki naładowane (elektrony, protony, jądra atomowe)

Pole elektryczne – przyspiesza cząstki Pole magnetyczne

Magnesy kwadrupolowe (żeby wiązka 13

się nie rozpadła) Magnesy dipolowe (żeby cząstki

krążyły po okręgu)

– zakrzywia tor wiązki

– skupia wiązkę

(14)

Ale gdzie te zderzenia?

Zakrzywiamy i zwężamy wiązkę również

używając magnesów

(15)
(16)

CERN – eksperyment ALICE CERN – eksperyment LHCb

CERN – eksperyment ATLAS CERN – eksperyment CMS

(17)

Zderzamy

Protony  Ciężkie jony

(czyli np. jądra ołowiu)

(18)

O co chodzi ze zderzaniem protonów?

(19)

E=mc 2

19

A w eksperymencie wygląda to tak!

(20)

E=mc 2

20

A w eksperymencie wygląda to tak!

(21)

O co chodzi ze zderzaniem ołowiu?

(22)

O co chodzi ze zderzaniem ołowiu?

(23)

Materia

hadronowa:

kwarki

uwięzione w protonach i neutronach

Materia

kwarkowa: w jej objętości kwarki są swobodne!

?

Jak uwolnić kwarki?

(24)

Czy można uwolnić kwarki?

Para kwark-antykwark (mezon)

Próbujemy je rozdzielić (dodajemy energię)

E=mc

2

!

Dostajemy dwa mezony

(25)

Istnieje temperatura krytyczna, powyżej której następuje przejście fazowe.

Powyżej pewnej temperatury kwarki zostają uwolnione.

(26)
(27)

Do detektorów nie docierają pojedyncze kwarki, tylko takie, które zostały ponownie uwięzione w cząstkach.

Tak samo, jak z gorącą wodą na Syberii:

mamy garnek wrzątku, rzucamy w powietrze, i zanim

spadnie na ziemię zamienia się z powrotem w lód.

(28)

Istnieje temperatura krytyczna, powyżej której następuje przejście fazowe.

Powyżej pewnej temperatury kwarki zostają uwolnione, poniżej tej temperatury

„ubierają” się z powrotem w cząstki (hadronizują)

(29)

Nic nie szkodzi

Skomplikowane analizy oraz zaawansowane narzędzia

badawcze pozwalają nam na wyciągnięcie informacji z tych nowo powstałych cząstek.

CERN, ALICE, Pb+Pb, 2760 GeV

Wyciągamy informacje z takiego

gąszczu

(30)

Zderzamy

Protony  Ciężkie jony

(czyli np. jądra ołowiu)

E=mc 2 Plazma

kwarkowo-gluonowa

(31)

CERN – eksperyment LHCb CERN – eksperyment ATLAS

CERN – eksperyment CMS

Jak działają

detektory?

(32)

Zakrzywianie cząstek w polu

(33)

Zakrzywianie cząstek w polu

(34)

Zakrzywianie cząstek w polu

(35)

Detektory śladowe (kiedyś

– komora pęcherzykowa)

(36)

Detektory śladowe (kiedyś

– komora pęcherzykowa)

(37)

Detektory śladowe (komory gazowe)

(38)

Detektory śladowe (komory gazowe)

(39)

Detektory śladowe (komory gazowe)

(40)

Detektory śladowe (komory gazowe)

(41)

Detektory śladowe

(detektory półprzewodnikowe)

ALICE Inner Tracking System

(42)

Detektory śladowe

(detektory półprzewodnikowe)

(43)

Detektory śladowe

(detektory półprzewodnikowe)

(44)

Detektory śladowe

(detektory półprzewodnikowe)

(45)

Kalorymetry

(46)

Kalorymetry

(47)

47

(48)
(49)

Detektory

(50)

1. Jak formował się wczesny Wszechświat?

2. Jakie są własności kwarków w stanie swobodnym?

(Czym jest „plazma kwarkowo-gluonowa”?)

3. Skąd się biorą masy cząstek i czemu są takie – jakie są?

4. Czy istnieje bozon Higgsa?

5. Gdzie się podziała antymateria?

6. Gdzie i czym jest niewidoczna część Wszechświata?

(„ciemna materia i „ciemna energia”)

7. Czy istnieją „skryte” wymiary przestrzeni?

8. Czy istnieją cząstki „supersymetryczne”?

9. Wiele innych...

Czego nie wiemy?

ALICE

(51)

1. Jak formował się wczesny Wszechświat?

2. Jakie są własności kwarków w stanie swobodnym?

(Czym jest „plazma kwarkowo-gluonowa”?)

3. Skąd się biorą masy cząstek i czemu są takie – jakie są?

4. Czy istnieje bozon Higgsa?

5. Gdzie się podziała antymateria?

6. Gdzie i czym jest niewidoczna część Wszechświata?

(„ciemna materia i „ciemna energia”)

7. Czy istnieją „skryte” wymiary przestrzeni?

8. Czy istnieją cząstki „supersymetryczne”?

9. Wiele innych...

Czego nie wiemy?

(52)

Dlaczego niektóre cząstki są bardzo ciężkie a inne nie mają masy w ogóle?

Odpowiedź na tak zadane pytanie daje tak zwany mechanizm Higgsa. Według tej teorii cała przestrzeń wypełniona jest tzw. polem Higgsa, przez oddziaływanie z którym cząstki uzyskują masę.

Cząstki, które oddziałują silnie z polem Higgsa są ciężkie, natomiast te które oddziałują słabo są lekkie.

Pole Higgsa ma przynajmniej jedną nową cząstkę z tym związaną – bozon Higgsa.

Problemem istnienia masy zajmują się eksperymenty ATLAS oraz CMS.

Cząstka Higgsa – „Święty

Graal” współczesnej nauki

(53)

Dlaczego niektóre cząstki są bardzo ciężkie a inne nie mają masy w ogóle?

Odpowiedź na tak zadane pytanie daje tak zwany mechanizm Higgsa. Według tej teorii cała przestrzeń wypełniona jest tzw. polem Higgsa, przez oddziaływanie z którym cząstki uzyskują masę.

Cząstki, które oddziałują silnie z polem Higgsa są ciężkie, natomiast te które oddziałują słabo są lekkie.

Pole Higgsa ma przynajmniej jedną nową cząstkę z tym związaną – bozon Higgsa.

Problemem istnienia masy zajmują się eksperymenty ATLAS oraz CMS.

Cząstka Higgsa – „Święty

Graal” współczesnej nauki

(54)

Dlaczego niektóre cząstki są bardzo ciężkie a inne nie mają masy w ogóle?

Odpowiedź na tak zadane pytanie daje tak zwany mechanizm Higgsa. Według tej teorii cała przestrzeń wypełniona jest tzw. polem Higgsa, przez oddziaływanie z którym cząstki uzyskują masę.

Cząstki, które oddziałują silnie z polem Higgsa są ciężkie, natomiast te które oddziałują słabo są lekkie.

Pole Higgsa ma przynajmniej jedną nową cząstkę z tym związaną – bozon Higgsa.

Problemem istnienia masy zajmują się eksperymenty ATLAS oraz CMS.

Cząstka Higgsa – „Święty

Graal” współczesnej nauki

(55)
(56)

5 lipca 2012 – nowa cząstka!

Nowa cząstka!

Ale czy to bozon Higgsa?

"Naukowcy w ośrodku CERN odkryli nową subatomową cząstkę, która może się okazać nieuchwytnym bozonem Higgsa." The Guardian

"Potwierdzam, że cząstka, która została odkryta jest zgodna z teorią Higgsa." Euronews

"To jest wstępny wynik, ale myślimy, że bardzo mocny i wiarygodny." Reuters

"W czwartek jednakże, CERN przestał się wahać.

Ogłoszono, że cząstka odkryta w lipcu 2012 była w istocie bozonem Higgsa." Forbes

(57)

14 marca 2013 – „Higgs-like” staje się

Higgsem

(58)

Badamy Higgsa → dzięki temu nauczyli ekranować pole Higgsa

(elektromagnetyczne już potrafimy - tzw. niewidzialność optyczna) → moglibyśmy stworzyć samochody potrafiące przyspieszać do ogromnych prędkości w ułamkach sekund!

Odkrywamy Higgsa→ rozumiemy skąd się bierze masa → potrafimy kontrolować bezwładność → wypadki samochodowe lub lotnicze przestają być groźne bo

wyeliminujemy obrażenia związane z gigantycznymi przeciążeniami.

Science Fiction

(59)

ŻYCZYMY PRZYJEMNEJ ŻYCZYMY PRZYJEMNEJ

PODRÓŻY

PODRÓŻY

(60)

A czy „zwykłemu człowiekowi”

to się na coś przyda?

• nowe materiały,

• nowe technologie,

• nowe urządzenia pomiarowe,

• zastosowania w medycynie,

• zastosowania w komunikacji,

• zastosowania w energetyce,

• zastosowania w ochronie środowiska

• ...

(61)

24 lata temu ...

 Tim Berners-Lee pisze słynny dokument, który stał się

początkiem WWW (HTML)

 W jego pierwszych akapitach pisze:

“ Many of the discussions of the

future at CERN and the LHC era end with the question - ªYes, but how will we ever keep track of such a large project?º This

proposal provides an answer to

such questions. Firstly, it discusses the problem of information access at CERN. Then, it introduces the idea of linked information systems, and compares them with less

flexible ways of finding

information.”

(62)

Dzisiaj – globalna sieć komputerów

„The Grid is so vast and complicated that attempts to model it using the Grid have actually failed.”

Worldwide LHC Computing Grid: WLCG

Klaster komputerowy:

grupa połączonych

jednostek komputerowych, które współpracują ze sobą w celu udostępnienia zintegrowanego środowiska pracy.

The Worldwide LHC Computing Grid:

międzynarodowy projekt mający na celu usprawnienie przechowywania oraz

analizy danych pochodzących z

eksperymentu LHC, łączący ponad 140 centrów komputerowych w 35 krajach.

(63)

Dzisiaj – globalna sieć komputerowa

40 000 komputerów i 25 000 TB przestrzeni

dyskowej dostępne dla każdego członka

kolaboracji ALICE

(64)

1. Medycynie

- diagnostyka: tomografia emisyjna PET, pozwalająca na badanie fizjologii organizmu, tomografia komputerowa CT,

- leczenie: terapia hadronowa umożliwiająca skuteczne leczenie głęboko położonych guzów.

4. Technologie informacyjne:

- oprócz WWW niedawno powstała światowa sieć komputerów GRID.

3. Środowisko:

- dzięki opanowaniu technologii wytwarzania ultrawysokiej próżni oraz

łączenia szkła z metalem, płaskie próżniowe kolektory słoneczne przechodzą z fazy prototypu do sprzedaży, co stanowi znaczny postęp

w wytwarzaniu energii ze źródeł odnawialnych.

2. Przemyśle:

- opracowano technologię opartą na materiale zwanym getterem, który można zastosować do poprawy izolacji termicznej urządzeń gospodarstwa domowego (np. lodówki).

Technologie stworzone dla potrzeb CERN zostały

wykorzystane w:

(65)

Jeśli chcesz znaleźć się tam, Gdzie nigdy nie byłeś, Musisz iść drogą,

Którą nigdy nie szedłeś.

(Dominick Coniguliaro)

Obraz

Updating...

Cytaty

Powiązane tematy :