Bland partiklar och tunga joner - om forskningen vid CERN Vad har vi lärt oss? Vilka är frågorna idag? Hur söker vi svaren? RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And Materiens struktur elektron (-1) 1897 Thomson atomkärnan 1911 Rutherford proton (+1) 1919 Rutherford neutron (0) 1932 Chadwick Elektronen upptäcktes 1897. Första elementarpartikeeln. Fortfarande anses den odelbar. Vi utnyttjar elektronen hela tiden i vardagslivet. Elektrisk ström. TV - accelerator. Ni kommer att kunna göra ett liknande experiment som den person som upptäckte elektronen, Thomsom. Ni ska bestämma kvoten mellan elektronens massa och laddning. Kärnan 1911. Proton 1919. Neutronen 1932. Elementära?? Nej! kvarkar ”1964” Gell-Mann ca 1970 Friedman, Kendall, Taylor 1974 charm, 1995 topp RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

De minsta byggstenarna à là Standardmodellen Tredje familjen Första familjen Andra familjen charm sär muon <1 1,5 <1 0.1 topp 174 5 1,8 upp Kvarkar ner <1 botten elektron tau 0.0005 Leptoner e-neutrino m-neutrino t-neutrino + antipartiklar för alla partiklarna RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And Alla partiklar har en antipartikel ! Paul A M Dirac 1928 Carl D Anderson 1932 Upptäckten av positronen elektron positron proton antiproton neutron antineutron RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And ANTIMATERIA Varje kvark och lepton har sin antikvark respektive antilepton. Första antipartikeln som upptäcktes var antielektronen eller positronen (1932). Antipartikeln har motsatt laddning och motsatta inre kvanttal jämfört med partiklen. Partikel och antipartikel förintar varandra. e- e+   RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

Växelverkningarna à là Standardmodellen Elektron Atomkärna Fotoner elektromagnetisk stark t W b  e svag foton (masslös) gluon (masslös) W,Z (80-90 GeV) RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And Partikelfysikens och kosmologins Standardmodeller beskriver Universums utveckling 15 miljarder år 5 miljarder år 1 miljard år 1013 sek = 300000 år 100 sek 10-10 sek 10-34 sek 10-43 sek Hit når LHC RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

Några viktiga frågor: Varför har partiklarna massa? Varför domineras universum av materia? eller Vart tog antimaterian vägen? Vad består universums mörka materia av? Finns det extra dimensioner? RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And Higgsmekanismen ger massa i Standardmodellen. Analog: ljus i glas - partiklar i Higgsfält. I ett m aterial, t.ex. glas, går ljuset långsammare än i luft I ett material, t.ex. glas, går ljuset långsammare än i luft Förklaringsmodeller: - + Absorption / Re-emission Fotonen har en massa i glaset - där den växelverkar elektromagnetiskt Rörelse-energi = Rörelse-energi och massa (E = mc2) RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And + + + +

Higgsfältet finns överallt (om det finns…) En partikel som växelverkar med ett fält som finns överallt, kommer alltså alltid att känna av fältet, ungefär som en foton i ett material växelverkar med de elektriska laddningarna. Denna växelverkan - ”tröghet” - är det vi ser som partiklars vilomassa Är den här bilden riktig så finns det en oupptäckt partikel - HIGGS-BOSONEN partikelfysikens heliga graal…... Higgs eller något annat? - LHC och ATLAS kommer att ge svaret! RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And Materia - antimateria asymmetrin Enligt Big-Bang teorin skapades universum symmetriskt - lika mycket materia som antimateria Universum tycks nu innehålla bara materia. Så vart tog antimaterian vägen? Vi söker svaret inom partikelfysiken: I några partikelsystem, de s.k. K-meson och B-meson systemen, har vi mätt ett symmetribrott mellan partikeln och dess antipartikel. Effekten är inte förstådd, vi har bara mätt den för att se hur stor den är. Men - den är inte tillräcklig för att förklara varför vi sitter här idag. => Det måste finnas mer!! Mätningar med hög statistik ska utföras i B-mesonsystemet vid LHC. RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And Vad består Universum av? Atomer - “vanlig” materia - ca 4%. Beskrivs av Standardmodellen. Mörk materia - ca 23%. Vi vet inte vad den består av! Supersymmetri?? Mörk energi - någon totalt okänd form av energi som får universums expansion att accelerera. RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And SUPERSYMMETRI (SUSY) Inom partikelteorin har man länge studerat så kallade supersymmetriska teorier. • Varje partikel har en partner, elektronerna har selektroner och så vidare. • Dessa bildades - liksom alla andra partiklar - i Big Bang. • De tyngsta sönderfaller, liksom de tyngsta av de vanliga partiklarna. • Den lättaste - en slags partner till fotonen - skulle kunna vara stabil och finnas kvar i universum. • Vi inte har upptäckt några supersymmetriska partiklar. De måste alltså vara ganska tunga. Den här typen av partiklar kan vara lösningen på ett kosmologiskt problem: Det tycks finnas något därute som vi inte vet vad det är! Mörk Materia. Om den lättaste SUSY-partikeln utgör den mörka materian finns det ca 1 sådan partikel per liter överallt. Om SUSY finns kommer SUSY-partiklar att upptäckas vid LHC! RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

Gravitationen svår att beskriva med kvantteori! Varför är den så svag jämfört med de andra naturkrafterna? Den kanske inte är så svag. Den kanske läcker ut till “extra dimensioner” som vi inte kan uppfatta? Om gravitationen inte är så svag, kanske minimala svarta hål kan skapas vid LHC? RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

För att få svaren behöver vi en partikelaccelerator Partiklar ska kollideras vid mycket hög energi så att vi kan skapa tunga nya partiklar, E=mc2. Många kollisioner så att vi kan studera även sällsynta partiklar. LHC - Large Hadron Collider Ska kollidera protoner med protoner vid en energi av 14 TeV, världsrekord Ska kollidera blykärnor vid en energi av 1150 TeV 40 millioner kollisoner per sekund! Ska börja köra 2007. RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And CERN LEP/LHC (27 km) SPS (7 km) RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And Vi behöver detektorer för att detektera sönderfallsprodukterna av de nya tunga partiklarna. ATLAS, en generell detektor - ett samarbete mellan nästan 2000 fysiker från ca 150 institutioner i hela världen - 7000 ton, 44 m lång, 22 m diameter - vissa element skall positioneras med en precision bättre än 100 m RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And ATLAS jämförd med 7-våningshus RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And KTH Uppsala, Lunds univ. Stockholms univ. RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

Hur kan vi “se” Higgspartikeln i ATLAS? Higgspartikeln kan sönderfalla till 2 Z-partiklar, som i sin tur sönderfaller till 4 elektroner/positroner, vars spår vi ser i spårdetektorn och elektromagnetiska kalorimetern. RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And ALICE Detektorn vid LHC - specialbyggd för att studera blykärne-kollisioner och söka efter kvark-gluon plasma RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And ALICE Performance 5000 PbPb events at 5.5 TeV/nucleon pair were produced for PPR HMPID TRD TOF dNch/dh ~ 8000 84’210 primary particles TPC Data size Hits ~1.4Gb Digits ~1.1Gb CPU time on 800MHz PIII Hits ~24h Digits ~15h ITS PHOS RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And slice: 2o in q

RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And Spännande framtid… Vi ser med spänning och förväntan fram mot att få analysera data från LHC kollisioner! Vem vet hur vår världsbild kan komma att förändras… RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And