The Large Hadron Collider @ CERN Εισαγωγή στη Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων Αντώνης Παπανέστης Rutherford Appleton Laboratory Μεγάλη Βρετανία
Rutherford Appleton Laboratory
Σύντομο βιογραφικό 44 ο Γυμνάσιο και 25 ο Λύκειο Αθηνών Φυσικό Ιωαννίνων Στρατό (Χαϊδάρι, Βέροια) Διδακτορικό στο Λονδίνο (UCL) Πίζα, Ιταλία 1998-1999 Στο Rutherford Appleton Laboratory από το 2000.
CERN Ευρωπαϊκός Οργανισμός για την Πυρηνική Έρευνα (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) 1949-1950: Πρώτες προσπάθειες δημιουργίας Ευρωπαϊκού κέντρου έρευνας στη Φυσική 1952 Ίδρυση Ευρωπαϊκού Συμβουλίου για την Πυρηνική Φυσική (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire - CERN) υπό την αιγίδα της UNESCO, με έδρα τη Γενεύη. Ιούλιος 1953 6η σύνοδος του Συμβουλίου στο Παρίσι Yπογραφή σύμβασης ίδρυσης του Ευρωπαϊκού Οργανισμού για την Πυρηνική Φυσική (European Organization for Nuclear Research) 1954 επικύρωση σύμβασης 12 κράτη μέλη (Βέλγιο, Γαλλία, Γερμανία, Γιουγκοσλαβία, Δανία, Ελλάδα, Ελβετία, Ιταλία, Μεγάλη Βρετανία, Νορβηγία, Ολλανδία και Σουηδία) Στις 10 Ιουνίου του 1955 ο Felix Bloch, πρώτος Γενικός Διευθυντής του CERN τοποθετεί την θεμέλια πλάκα στο χώρο του εργαστηρίου, παρακολουθούμενος από τον Max Petitpierre, τότε Πρόεδρο της Ελβετικής Συνομοσπονδίας
Το CERN σε αριθμούς ~ 2300 προσωπικό ~ 790 φοιτητές, ερευνητές κ.α > 10000 χρήστες (καθηγητές, φοιτητές κα) Προϋπολογισμός (2011) ~ 800Μ 20 χώρες-μέλη : Austria, Belgium, Bulgaria, Czech Republic, Denmark, Finland, France, Germany, Greece, Hungary, Italy, Netherlands, Norway, Poland, Portugal, Slovakia, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom 1 Candidate for Accession: Romania 5 Applicant States: Cyprus, Israel, Serbia, Slovenia, Turkey 8 Observers to Council: India, Israel, Japan, the Russian Federation, the United States of America, Turkey, the European Commission and UNESCO
Κατανομή χρηστών βάσει εθνικότητας
Αποστολή του CERN Η σχεδίαση και κατασκευή επιταχυντών και ανιχνευτών για τη μελέτη της Φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων Γιατί; Η σωματιδιακή Φυσική μελετά την ύλη στις μικρότερες διαστάσεις της Επιταχυντές Μικροσκόπια Κυάλια Οπτικά και Ραδιοτηλεσκόπια
Εφαρμογές Πυρηνική ιατρική World wide web Μεταφορά τεχνογνωσίας Εκπαίδευση
Τι είναι ήδη γνωστό Ηλεκτρομαγνητική δύναμη Κβαντική Ηλεκτροδυναμική Ισχυρή πυρηνική δύναμη Κβαντική Χρωμοδυναμική Ασθενής πυρηνική δύναμη Ηλεκτρασθενής Κβαντική Θεωρία Βαρύτητα Γενική Σχετικότητα
Οι δυνάμεις στη φύση
Η δομή της ύλης H ύλη αποτελείται από άτομα. Τα άτομα αποτελούνται από: Ηλεκτρόνια Πρωτόνια Νετρόνια
Το Πρωτόνιο και το Νετρόνιο Τα πρωτόνια και νετρόνια είναι σύνθετα σωματίδια. Αποτελούνται από κουάρκ. Τα κουάρκ δεν εμφανίζονται ποτέ ελεύθερα (μόνα τους). Έχουν μια παραπάνω ιδιότητα που λέγεται χρώμα με τρείς βαθμούς ελευθερίας. Τα ελεύθερα σωματίδια είναι χωρίς «χρώμα» (άσπρα ή μαύρα). Πρωτόνιο
Ενέργεια και ύλη c = 299.792.458 m/s c ταχύτητα του φωτός
Μετατροπή Ενέργειας σε Ύλη Δίδυμη γένεση γ e + e - Φωτογραφία από θάλαμο φυσαλίδων
Συγκρούσεις Υψηλών Ενεργειών Όταν σωματίδια συγκρούονται με μεγάλη ενέργεια, νέα σωματίδια μπορούν να δημιουργηθούν.
Στοιχειώδη Σωματίδια Το φωτόνιο μεταφέρει την ηλεκτρομαγνητική δύναμη Σκέδαση ηλεκτρονίων
LHC@CERN
Large Hadron Collider 27 km. 9300 μαγνήτες. Λειτουργεί στους -271,3 C (1,9 Κ) Πιο κρύο και απο το το διάστημα.
Διπολικοί μαγνήτες Το δίπολο είναι ο συνηθισμένος μαγνήτης. Αλλάζει κατεύθυνση στα πρωτόνια. Υπάρχουν 1232 διπολικοί μαγνήτες στον LHC Υπεραγώγιμοι μαγνήτες: Υψηλό ηλεκτρικό ρεύμα, υψηλό μαγνητικό πεδίο. Δέσμη φορτισμένων σωματιδίων μαγνήτης
Δίπολο για τον LHC
Ένωση μαγνητών
Τα πειράματα του LHC 4 μεγάλα πειράματα: ATLAS, CMS: Ανιχνευτές «γενικής χρήσης». LHCb: Αντι-ύλη. Alice: Συγκρούσεις βαρέων πυρήνων. Πλάσμα κουάρκ γκλουονίων.
Ανασκαφή για το ATLAS
ATLAS
CMS
CMS
LHCb
Ανιχνευτής Cherenkov
Οι δέσμες πρωτονίων του LHC Ενέργεια δέσμης ~ τρένο ταχύτητας 150 km/h. Τα πρωτόνια είναι σε γκρούπ. Απόσταση ανάμεσα στα γκρούπ ~7m. Χρονική απόσταση: 25 ns 40.000.000 συγκρούσεις το δευ/το
Πρωτόνια στον LHC
Συγκρούσεις πρωτονίου-πρωτονίου
Σωματίδια και ύλη
Ανάλυση σύγκουσης
Το ατύχημα της 19/9/08 1232 dipoles, 392 quadropoles, 6 high current splices each
Βολταϊκό τόξο χιλιάδων αμπέρ
Μετατόπιση μαγνητών
LHC: Μηχανισμός Higgs Δίνει στα σωματίδια μάζα. Προβλέπει ένα καινούργιο σωματίδιο, το μποσόνιο Higgs. Το πεδίο Higgs είναι παντού. Τα σωματίδια αλληλεπιδρούν με το πεδίο Higgs και επιβραδύνονται, αποκτώντας μάζα. Σωματίδια που δεν αλληλεπιδρούν με το πεδίο Higgs δεν έχουν μάζα.
Το Higgs σε εικόνες
LHC: Αντι-ύλη Τα σωματίδια είναι (σχεδόν) τα ίδια με τα αντισωματίδια. Παρ όλα αυτά, δεν υπάρχει σχεδόν καθόλου αντι-ύλη στο σύμπαν. Που πήγε η αντι-ύλη? Η ύλη και αντι-ύλη αλληλοεξουδετερώνονται. Ισως υπήρχε πιο πολύ ύλη στην αρχή του σύμπαντος. Γιατί;
Το δίκτυο υπολογιστών Η ανάλυση των δεδομένων απο τα πειράματα του LHC χρειάζεται μεγάλη υπολογιστική ισχύ. Γι αυτό το λογο δημιουργήθηκε ένα καινουργιο δίκτυο υπολογιστών (Grid)
Ο καινούργιος επιταχυντής έχει δημιουργήσει στο εργαστήριο συνθήκες παρόμοιες με την αρχή του σύμπαντος (Big Bang). Θα προσπαθήσει να απαντήσει ερωτήσεις σχετικά με: Το λογο ύπαρξης της μάζας. Αντι-ύλη. Σκοτεινή ύλη και σκοτεινή ενεργεια. Επιπλέον διαστάσεις (χώρου). Πολλές συγκεκριμένες ερωτήσεις: Είναι η θεωρία Α (ή Β ή Γ) σωστή; Πολλές άγνωστες για την ώρα ερωτήσεις.