To CERN (Ευρωπαϊκός Οργανισµός Πυρηνικών Ερευνών) είναι το µεγαλύτερο σε έκταση (πειραµατικό) κέντρο πυρηνικών ερευνών και ειδικότερα επί της σωµατιδι

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "To CERN (Ευρωπαϊκός Οργανισµός Πυρηνικών Ερευνών) είναι το µεγαλύτερο σε έκταση (πειραµατικό) κέντρο πυρηνικών ερευνών και ειδικότερα επί της σωµατιδι"

Ματθάν Αξιώτης
6 χρόνια πριν
Προβολές:

3 To CERN (Ευρωπαϊκός Οργανισµός Πυρηνικών Ερευνών) είναι το µεγαλύτερο σε έκταση (πειραµατικό) κέντρο πυρηνικών ερευνών και ειδικότερα επί της σωµατιδιακής φυσικής στον κόσµο.

4 Η ίδρυσή του το έτος 1954 αποτέλεσε µια από τις πρώτες κοινές ευρωπαϊκές προσπάθειες. Από τα 12 ιδρυτικά Μέλη, η συνεργασία έχει φθάσει σήµερα τα 19 Κράτη-Μέλη. Το Εργαστήριο βρίσκεται πάνω στα Γαλλοελβετικά σύνορα, δυτικά της Γενεύης. Γύρω στους 6500 επιστήµονες, δηλαδή σχεδόν το 50% των επιστηµόνων σ' όλο τον κόσµο που ασχολούνται µε τα σωµατίδια, χρησιµοποιούν τις εγκαταστάσεις του CERN. Οι επιστήµονες αυτοί εκπροσωπούν 500 πανεπιστήµια και πάνω από 80 εθνικότητες.

5 Έργο του CERN είναι η διερεύνηση των πλέον θεµελιωδών ερωτηµάτων για τη Φύση. Τι είναι η ύλη; Από πού προέρχεται; Πως συγκρατείται για να σχηµατίσει άστρα, πλανήτες και ανθρώπινα όντα;

6 Το CERN παρέχει στους φυσικούς δέσµες σωµατιδίων πολύ υψηλής ενέργειας. Οι δέσµες των σωµατιδίων χρησιµοποιούνται για να µπούµε στην καρδιά της ύλης και να µεταφερθούµε έτσι πίσω στην αρχή του χρόνου, στη Μεγάλη Έκρηξη (πριν από περίπου 15 δισεκατοµµύρια χρόνια).

7 Oι ερευνητές του CERN δεν περιορίζονται αυστηρά στον τοµέα της Ατοµικής και Πυρηνικής Φυσικής. Στο CERN εργαζόταν, ως έκτακτος ερευνητής, ο Τιµ ΜπέρνερςΛι, ο επινοητής του Παγκόσµιου Ιστού, της δηµοφιλέστερης, σήµερα, υπηρεσίας του ιαδικτύου.

8 Τι κάνουν οι φυσικοί στο CERN; Με τους επιταχυντές τα σωµατίδια αποκτούν πολύ µεγάλες ενέργειες (7 TeV= ev) και ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός. Στη συνέχεια, τα οδηγούν σε σύγκρουση µεταξύ τους ή µε άλλα σωµατίδια. Έτσι, oι φυσικοί µπορούν να ανακαλύψουν τις δυνάµεις που ασκούνται µεταξύ των σωµατιδίων.

9 Οι επιταχυντές µπορούν να χωριστούν σε δυο βασικές κατηγορίες: τους κυκλικούς και τους γραµµικούς. Το CERN έχει και τους δυο τύπους.

10 Στους γραµµικούς η ενέργεια δίνεται στα σωµατίδια σε όλο το µήκος του επιταχυντή. Στους κυκλικούς, τα σωµατίδια αποκτούν επιπλέον ενέργεια σε κάθε περιφορά. Οι ανιχνευτές που είναι τοποθετηµένοι γύρω από τα σηµεία σύγκρουσης καταγράφουν τις ιδιότητες των παραγοµένων σωµατιδίων.

11 Οι τηλεοράσεις και οι επιταχυντές σωµατιδίων έχουν πολλά κοινά: µια πηγή σωµατιδίων ηλεκτρόδια που προκαλούν επιτάχυνση ηλεκτροµαγνητικά πεδία για την εκτροπή των σωµατιδίων από την ευθύγραµµη τροχιά έναν ανιχνευτή σωµατιδίων (στην τηλεόραση ανιχνευτής είναι η οθόνη)

12 Πώς επιταχύνονται τα σωµατίδια; Τα σωµατίδια επιταχύνονται µε τη χρήση ηλεκτρικών πεδίων. Ένα θετικά φορτισµένο σωµατίδιο-όπως το πρωτόνιοέλκεται από ένα αρνητικό ηλεκτρόδιο. Στο πεδίο µιας µπαταρίας 1,5V θα αποκτήσει ενέργεια ίση µε 1,5 ev. Με αυτή τη µονάδα µετράµε πόσο ισχυρός είναι ο επιταχυντής.

13 Γιατί χρησιµοποιούνται οι µαγνήτες; Το µαγνητικό πεδίο µεταβάλλει τη διεύθυνση ενός φορτισµένου σωµατιδίου.

14 Τοποθετώντας πολλούς µαγνήτες κυκλικά, το σωµατίδιο επανέρχεται στο αρχικό σηµείο απ' όπου δέχεται άλλη µία "ώθηση"

16 Γιατί µελετούµε τα σωµατίδια; Σήµερα γνωρίζουµε ότι τέσσερεις βασικοί δοµικοί λίθοι είναι αρκετοί για να φτιάξουν όλη τη συνηθισµένη ύλη. Αυτά είναι τα σωµατίδια που ονοµάζουµε: άνω-κουάρκ (up-quark) κάτω-κουάρκ (down-quark) ηλεκτρόνιο νετρίνο ηλεκτρονίου

18 Η βαρύτητα, η πιο γνωστή δύναµη, είναι η ασθενέστερη από όλες. Το σωµατίδιο-φορέας της είναι το βαρυτόνιο που περιµένει ακόµα την ανακάλυψή του. Στην άλλη άκρη της κλίµακας, βρίσκεται η ισχυρή δύναµη, µε σωµατίδια-φορείς τα γκλουόνια, υπεύθυνη για το σχηµατισµό των πρωτονίων και νετρονίων του πυρήνα από κουάρκ. Μεταξύ αυτών των δυο δυνάµεων βρίσκονται η ηλεκτροµαγνητική δύναµη, µε σωµατίδιο-φορέα το φωτόνιο, και η ασθενής δύναµη µε φορείς τα βαριά σωµατίδια W και Z.

19 Η ηλεκτροµαγνητική δύναµη κρατά τα ηλεκτρόνια σε τροχιά γύρω από τον πυρήνα και συγκρατεί τα άτοµα ενωµένα, σχηµατίζοντας τα µόρια της χηµείας και της βιοχηµείας. Η ασθενής δύναµη είναι υπεύθυνη για την ακτινοβολία των αστεριών και για ορισµένες µορφές φυσικής ραδιενέργειας.

20 Οι θεµελιώδεις δυνάµεις ΙΣΧΥΡΗ ΗΛΕΚΤΡΟ- ΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΑΣΘΕΝΗΣ ΒΑΡΥΤΙΚΗ Μικρής εμβέλειας(1-2 fm) Μεγάλης εμβέλειας(~1/r²) Μικρής εμβέλειας(1-2 fm) Μεγάλης εμβέλειας(~1/r²) Υπεύθυνηγια το σχηματισμό των πυρήνων Υπεύθυνη για το σχηματισμό ατόμων και μορίων Υπεύθυνη για τη διάσπαση πυρήνων (ραδιενέργεια) Υπεύθυνη για την κίνηση πλανητών

22 Η ισχυρή δύναµη µεταδίδεται µέσω των γκλουονίων. Συνενώνει τα κουάρκ µεταξύ τους τα οποία σχηµατίζουν τα πρωτόνια και τα νετρόνια του ατοµικού πυρήνα.

23 Το "Καθιερωµένο Πρότυπο" του Σύµπαντος Η παραπάνω περιγραφή της ύλης και των δυνάµεων ονοµάζεται Καθιερωµένο Πρότυπο (Standard Model). εν περιλαµβάνει καµία περιγραφή των βαρυτικών αλληλεπιδράσεων. Παρόλο που, για 20 χρόνια τώρα, έχει περάσει µε επιτυχία όλους τους πειραµατικούς ελέγχους, ξέρουµε ότι δεν είναι πλήρες.

24 Ποιό είναι το επόµενο βήµα; Γνωρίζουµε ότι το Καθιερωµένο Πρότυπο δεν είναι παρά ένα σκαλοπάτι για µια καλύτερη θεωρία, αφού αφήνει πολλά ερωτηµατικά αναπάντητα. Γιατί τα σωµατίδια έχουν µάζα; Οι τέσσερεις δυνάµεις της φύσης είναι απλά διαφορετικές µορφές του ίδιου πράγµατος; Πράγµατι δεν υπάρχει αντιύλη στο Σύµπαν;

25 Μποζόνιο του Higgs Είναι ένα σωµατίδιοτου οποίου η ύπαρξη προβλέπεται από το καθιερωµένο µοντέλο και η αναζήτηση του είναι στις βασικές προτεραιότητες του µεγάλου επιταχυντή αδρονίωνστο CERN. Ίσως να κρύβει το κλειδί στην ερώτηση γιατί τα στοιχειώδη σωµατίδια έχουν µάζες;

26 Στην θεωρία της σχετικότητας, υπάρχει σηµαντική διαφορά µεταξύ σωµατιδίων µε και χωρίς µάζα: Κάθε άµαζο σωµατίδιο ταξιδεύει µε την ταχύτητα του φωτός, ενώ τα σωµατίδια µε µάζα δεν µπορούν να αγγίξουν ποτέ αυτό το όριο ταχύτητας. Πως προκύπτει η µάζα στα υποατοµικά σωµατίδια;

27 Ο Higgs πρότεινε πως το κενό περιέχει ένα «πανταχού παρών» πεδίο που µπορεί να επιβραδύνει κάποια στοιχειώδη σωµατίδια. Τέτοια σωµατίδια θα συµπεριφέρονται σαν σωµατίδια µε µάζα, που ωστόσο ταξιδεύουν µε ταχύτητες µικρότερες αυτής του φωτός. Άλλα σωµατίδια - όπως τα φωτόνια είναι απρόσβλητα στο πεδίο: δεν επιβραδύνονται και παραµένουν άµαζα.

28 Τα αδρόνια µπορούν να µετέχουν εκτός των άλλων και σε ισχυρές αλληλεπιδράσεις, ενώ τα λεπτόνιαόχι.

Σχετικά έγγραφα

ΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ ΤΟΥ CERN. Επιστημονική ομάδα ΒΑΣΙΛΗΣ ΣΙΔΕΡΗΣ &ΝΙΚΟΣ ΚΑΛΑΦΑΤΗΣ. 3ο Λύκειο Γαλατσίου 2011-2012

ΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ ΤΟΥ CERN. Επιστημονική ομάδα ΒΑΣΙΛΗΣ ΣΙΔΕΡΗΣ &ΝΙΚΟΣ ΚΑΛΑΦΑΤΗΣ. 3ο Λύκειο Γαλατσίου 2011-2012 ΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ ΤΟΥ CERN Επιστημονική ομάδα ΒΑΣΙΛΗΣ ΣΙΔΕΡΗΣ &ΝΙΚΟΣ ΚΑΛΑΦΑΤΗΣ 3ο Λύκειο Γαλατσίου 2011-2012 Υπεύθυνοι καθηγητές Μαραγκουδάκης Επαμεινώνδας και Φαράκου Γεωργία ΤΟ ΠΑΝΗΓΥΡΙ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ