Σύγρξνλε Φπζηθή Σηνηρεηώδε Σσκαηίδηα Σσκαηίδηα Επηηαρπληέο Αληρλεπηέο Αιιειεπηδξάζεηο Σπκκεηξίεο Νόκνη Δηαηήξεζεο Καζηεξσκέλν Πξόηππν 1
Σύγρξνλε Φπζηθή: Σηνηρεηώδε Σωκαηίδηα Η θςζική ζηοισειωδών ζωμαηιδίων πποζπαθεί να απανηήζει ζηιρ επωηήζειρ: "Από ηι είναι θηιαγμένορ ο κόζμορ ;" «Πωρ ζςνδέονηαι ηα ζςζηαηικά μεηαξύ ηοςρ;» Στην πραγματικότητα σπάρτοσν μόνο άτομα και τώρος. -Δημόκπιηορ ( 400 πχ) 2
Σύγρξνλε Φπζηθή: Τη μέξνπκε κέρξη ηώξα Μικροσκοπική Δομή της Ύλης Άηνκν Ππξήλαο Ννπθιεόλην 3
Καζηεξωκέλν Πξόηππν Ιδηόηεηεο ζωκαηηδίωλ: PDG http://pdg.lbl.gov/ 3 Γενιέρ (ή οικογένειερ) Καη ηα αληηζωκαηίδηά ηνπο Κάζε θνπάξθ 3 ρξώκαηα 4
Σύγρξνλε Φπζηθή: Πωο κάζακε πεξηζζόηεξα - Δπηηαρπληέο Τν θαηάιιειν κήθνο θύκαηνο επηηξέπεη λα θαλνύλ κε ηελ επηζπκεηή δηαθξηηηθή ηθαλόηεηα ηα δηάθνξα κεγέζε. 5
Σύγρξνλε Φπζηθή: Πωο κάζακε πεξηζζόηεξα - Δπηηαρπληέο Επηηαρπληέο Γξακκηθνί Κπθιηθνί Σσγκροσομένων δεζμών Σηαθερού ζηότοσ Μέξνο ελόο γξακκηθνύ επηηαρπληή. Δηάθνξα είδε ζσκαηηδίσλ κπνξνύλ λα επηηαρπλζνύλ, π.ρ. ειεθηξόληα, πνδηηξόληα, πξσηόληα θαη δηάθνξα είδε ηόλησλ. Η κόλε απαίηεζε είλαη όηη ηα ζσκαηίδηα πξέπεη λα είλαη ζηαζεξά θαη θνξηηζκέλα. 6
Σύγρξνλε Φπζηθή: Δπηηαρπληέο Τα ζσκαηίδηα επηηαρύλνληαη κε ειεθηξηθά πεδία Έλαο επηηαρπληήο έρεη έλα ή θαη πεξηζζόηεξα επηηαρπληηθά ηκήκαηα κε ηαιαληνύκελα ειεθηξηθά πεδία. Η ζπρλόηεηα ησλ ηαιαληώζεσλ ξπζκίδεηαη ώζηε λα δώζεη ζηα ζσκαηίδηα επηπιένλ θηλεηηθή ελέξγεηα, απμάλνληαο έηζη ηελ ηαρύηεηά ηνπο. Τα ζσκαηίδηα θαζνδεγνύληαη κε καγλεηηθά πεδία Έλα θνξηηζκέλν ζσκαηίδην θηλνύκελν ζε καγλεηηθό πεδίν ζα δερηεί κηα δύλακε πνπ ζα ην θάλεη λα απνθιίλεη από ηελ αξρηθή θαηεύζπλζε ηεο θίλεζήο ηνπ. Σε έλαλ θπθιηθό επηηαρπληή, ειεθηξνκαγλήηεο ρξεζηκνπνηνύληαη γηα λα δεκηνπξγήζνπλ καγλεηηθά πεδία πνπ ζα αλαγθάζνπλ ηα ζσκαηίδηα λα θηλεζνύλ ζε θπθιηθή ηξνρηά. 7
Σύγρξνλε Φπζηθή: Γξακκηθνί Δπηηαρπληέο Επηηάρπλζε θνξηηζκέλσλ ζσκαηηδίσλ κε ρξήζε ειεθηξηθώλ πεδίσλ 8
Σύγρξνλε Φπζηθή: Δπηηαρπληέο: Βήηαηξνλ d Edl dt 2rE B t r dbav E 2 dt av r 2 Εθαπηνκεληθή θίλεζε Εγθάξζηα θίλεζε dp dt qvb qr 2 orbit db dt dp dt av t p p p 0 v p r qr 2 B av B 2 av B orbit 9
Σύγρξνλε Φπζηθή: Κύθινηξν Η δύλακε πνπ αζθεί ην καγλεηηθό πεδίν ζην θηλνύκελν ζσκαηίδην δξα σο θεληξνκόινο θαη ην νδεγεί ζε θπθιηθή ηξνρηά qv B v r mv r Για μη σχετικιστικά ζσκαηίδηα, ε ζπρλόηεηα ηεο θπθιηθήο ηξνρηάο είλαη αλεμάξηεηε ηεο ηαρύηεηαο ηνπ ζσκαηηδίνπ qb m Επνκέλσο ε ζπρλόηεηα ηνπ ειεθηξηθνύ πεδίνπ πνπ πξνθαιεί ηελ επηηάρπλζε είλαη ζηαζεξή. Η κέγηζηε ελέξγεηα: K max 2 2 2 1 2 q B R mvmax 10 2 2m 2
Σύγρξνλε Φπζηθή: Κύθινηξν Σην θύθινηξν, ην καγλεηηθό πεδίν θαη ε ζπρλόηεηα ηνπ ειεθηξηθνύ πεδίνπ είλαη ζηαζεξά Σην ζπγρξνθύθινηξν, ην καγλεηηθό πεδίν είλαη ζηαζεξό, αιιά κεηαβάιιεηαη ε ζπρλόηεηα ηνπ ειεθηξηθνύ πεδίνπ γηα λα είλαη ζε θάζε κε ηα ζσκαηίδηα v r qb m v 1 c 2 2 11
Σύγρξνλε Φπζηθή: Σύγρξνηξν Σην ζύγρξνηξν, αιιάδνπλ θαη νη δύν παξάκεηξνη ώζηε ηα ζσκαηίδηα λα δηαηεξνύλ ζπγθεθξηκέλε ηξνρηά θαζώο επηηαρύλνληαη 12
Σύγρξνλε Φπζηθή: Σύγρξνηξν - LHC 13
Επηηαρπληέο Σσκαηηδίσλ: LHC καγλήηεο Μαγλεηηθό πεδίν: p (TeV) = 0.3 B(T) R(km) Γηα p = 7 TeV θαη R = 4.3 km B = 8.4 T ει. ξεύκα: 12 ka 1232 καγλήηεο, 35 ηόλνη ν θαζέλαο Οη καγλήηεο ηνπ LHC θξπώλνπλ κε πγξό ήιην ππό πίεζε Ο πην θξύνο δαθηύιηνο ζην ζύκπαλ 1.9 Κ! 14
Σύγρξνλε Φπζηθή: Δπηηαρπληέο Γηαζέζηκε Δλέξγεηα Σηαζεξνύ ζηόρνπ Σύζηεκα Εξγαζηεξίνπ c = 1 Σύζηεκα ΚΜ Η αλαιινίσηε πνζόηεηα εθθξάδεηαη σο 2 2 m m m E * * s E 2 a E b s 2 a b b a 15
Σύγρξνλε Φπζηθή: Δπηηαρπληέο Γηαζέζηκε Δλέξγεηα Παξάδεηγκα: Σύγθξνπζε p-p γηα παξαγσγή π 0, m π0 = 135 MeV/c 2 Πόζε είλαη ε απαηηνύκελε θηλεηηθή ελέξγεηα ηνπ p; Η ηειηθή θαηάζηαζε πεξηιακβάλεη ηξία ζσκαηίδηα, p, p, π 0, άξα: s 2m m Αλ ην έλα πξσηόλην ήηαλ αθίλεην ηόηε: s 2m 2 2m E E m m m 2 2m E m135mev (2 0.072) m 280MeV Αλ είρακε επηηαρπληή ζπγθξνπνκέλσλ δεζκώλ; * * E E E s 2 E m 135 2 MeV 16
Σύγρξνλε Φπζηθή: Δπηηαρπληέο Γηαζέζηκε Δλέξγεηα Παξάδεηγκα: Σύγθξνπζε p ζε αθίλεην p κε ελέξγεηα 800 GeV. 1000 GeV. Δηαζέζηκε ελέξγεηα; s 2m 2 2m E 2mE s s Με ελέξγεηα p 1000GeV 1TeV s s 2mE 38.7GeV Αλ είρακε επηηαρπληή ζπγθξνπνκέλσλ δεζκώλ; * * E E E s 2 2mE 43.3GeV 20.938800GeV 20.9381000GeV s 2TeV ΌΧΙ όιε δηαζέζηκε ζε ζπγθξνύζεηο αδξνλίωλ (pdf) 17
Επιτατσντής LHC Σςγκπούζειρ p-p s =14 TeV Σςγκπούζειρ κάθε 25 ns 10 10 18
Πεξηθέξεηα 27 km 19
Σύγρξνλε Φπζηθή: Αληρλεπηέο ηεο δεθαεηίαο 60-70 Θάιακνη θπζαιίδωλ: Καζώο θνξηηζκέλα ζσκαηίδηα πεξλνύλ κέζα από ην πγξό (Η 2 +Ne) αθήλνπλ ελέξγεηα ηνλίδνπλ ηα άηνκα αλαγθάδνληαο ην πγξό λα «βξάζεη» θαηά κήθνο ηεο ηξνρηάο ηνπο Ο ζάιακνο θπζαιίδσλ Gargamelle όπνπ αλαθαιύθζεθαλ ηα νπδέηεξα ξεύκαηα* ζην CERN * Αζζελείο αιιειεπηδξάζεηο κε θνξέα ην κπνδόλην Ζ 0 20
Σύγρξνλε Φπζηθή: Απώιεηα ελέξγεηαο θνξηηζκέλωλ ζωκαηηδίωλ ζηελ ύιε Particle Data Group http://pdg.lbl.gov 21
Σύγρξνλε Φπζηθή: Απώιεηα ελέξγεηαο ειεθηξνλίωλ (πνδηηξνλίωλ) ζηελ ύιε Particle Data Group http://pdg.lbl.gov 22
Σύγρξνλε Φπζηθή: Αιιειεπηδξάζεηο θωηνλίωλ ζηελ ύιε Φωηοηλεκηπικό Compton Δίδςμη γέννηζη 23
Σύγρξνλε Φπζηθή: Αιιειεπηδξάζεηο λεηξνλίωλ ζηελ ύιε 24
Σύγρξνλε Φπζηθή: Αιιειεπηδξάζεηο ζωκαηηδίωλ ζηελ ύιε Ηιεθηξνκαγλεηηθνί θαηαηγηζκνί e + e + e e e + e + e - e - e e + - e - e + e - e + e - e + e - e - e + e - e + e - e - e - e + e + 25
Σύγρξνλε Φπζηθή: Αιιειεπηδξάζεηο ζωκαηηδίωλ ζηελ ύιε Αδξνληθνί θαηαηγηζκνί K + p n - + - 26
Σύγρξνλε Φπζηθή: Αληρλεπηέο Αληρλεπηέο Ηκηαγσγώλ Αληρλεπηέο αεξίνπ Θεξκηδόκεηξα Αληρλεπηέο αεξίνπ 27
Σύγρξνλε Φπζηθή: Αληρλεπηέο - Παξαδείγκαηα Γηα κηόλην 100 GeV, πξνζδηνξίζηε ηνλ θπξίαξρν κεραληζκό απώιεηαο ελέξγεηαο Καζώο θαη ηε κέζε απώιεηα ελέξγεηαο ζε ζίδεξν πάρνπο 3 m. E 310 3 GeVcm 2 / g7.87g / cm 3 300cm 7.1GeV 28
Σύγρξνλε Φπζηθή: Αληρλεπηέο Αεξίνπ E C c r ln( V r c 0 / r 2 ln( r / r c Καζώο δηέξρεηαη έλα θνξηηζκέλν ζσκαηίδην από ην ζάιακν, ειεπζεξώλνληαη έλα δεύγνο ηόληνοειεθηξνλίνπ γηα θάζε πεξίπνπ 30eV ( ε αθξηβήο ηηκή εμαξηάηαη από ην αέξην πνπ ρξεζηκνπνηείηαη) πνπ ράλεη ην ζσκαηίδην. Καζώο ηα πξντόληα ηνπ ηνληζκνύ νδεύνπλ πξνο ηα ειεθηξόδηα, ζηελ έμνδν επάγεηαη έλα ζήκα κε ύςνο ηάζεο πεξίπνπ Παξάγνληαο V MNe C L c w w ) ) πνιιαπιαζηαζκνύ 29
Σύγρξνλε Φπζηθή: Αληρλεπηέο Αεξίνπ Πνιπζύξκαηνο αλαινγηθόο ζάιακνο (MWPC) Θάιακνη Σσιήλσλ Οιίζζεζεο Θάιακνο πξνβνιήο ρξόλνπ (ΤPC) Εγθάξζηα ηνκή ζσιήλα νιίζζεζεο 30
Καηαζθεπή ζαιάκωλ κηνλίωλ ζηελ Διιάδα Εγθάξζηα όςε ηνπ αληρλεπηή κηνλίσλ ηνπ ATLAS ΕΚΠΑ Καηαζκεσή 30000 ζωλήνων ολίζθηζης ΕΜΠ Ποιοηικός έλεγτος ηων ζωλήνων ΑΠΘ Σσναρμολόγηζη θαλάμων Barrel Inner Small Chambers 31
Καηαζθεπή ζαιάκωλ κηνλίωλ ζηελ Διιάδα Η παοαγωγή νεκίμησε τξ Σεπτ 1999 Οι 30,000 σωλήμεπ τελείωσαμ τξ Νξεμ. 2003 (4 ΧΡΟΝΙΑ) 20κm 32
Καηαζθεπή ζαιάκωλ κηνλίωλ ζηελ Διιάδα 33
Καηαζθεπή ζαιάκωλ κηνλίωλ ζηελ Διιάδα ~7 χοόμια από τημ αοχή Τξ τελικό απξτέλεσμα 34
Έξεπλα θαη εμέιημε ζαιάκωλ κηνλίωλ ζηελ Διιάδα Αληρλεπηέο MicroMegas 100V/mm 50kV/mm Micro Mesh gaseous structure Πλζγμα-> 2 περιοχζσ Γρήγορη ςυλλογή ιόντων Καταγραφή χρόνου Πολφ καλή χωρική διακριτική ικανότητα Πολφ καλή απόδοςη 35
Σύγρξνλε Φπζηθή: Αληρλεπηέο Ηκηαγωγώλ 36
Σύγρξνλε Φπζηθή: Μέηξεζε ηεο Οξκήο Περιοτή ομογενούς μαγνηηικού πεδίοσ q,p. d Δεδνκέλσλ ησλ q, B, α θαη d, λα ππνινγηζηεί ε νξκή p ηνπ ζσκαηηδίνπ. α Υπό ηελ επίδξαζε ηεο δύλακεο Lorentz ην ζσκαηίδην δηαγξάθεη θπθιηθή ηξνρηά αθηίλαο R, όπνπ: F q( vb) qvb αιιά m 2 v R p qbr p qb a d 2d 2 2 R d 2 2 2 2 a d a R R 2d 2 R d α R 37
Σύγρξνλε Φπζηθή: Θεξκηδόκεηξα Δεηγκαηνιεπηηθά Θεξκηδόκεηξα Οκνγελή Θεξκηδόκεηξα 38
Σύγρξνλε Φπζηθή: Θεξκηδόκεηξα - Παξαδείγκαηα E c : Ελέξγεηα γηα ηελ νπνία ε απώιεηα ελέξγεηα ιόγσ αθηηλνβνιίαο ηζνύηαη κε απηήλ ιόγσ ηνληζκνύ. Πόζα ζσκαηίδηα ππάξρνπλ ζε έλα ει/θν θαηαηγηζκό πνπ δεκηνπξγεί θσηόλην 50 GeV ζε 10 ή 13 ή 20 cm ζηδήξνπ; E 10 E 0 e x / Lrad 4 10/1.76 5 10 MeV e 170.4 MeV Ν 10 =Ε 10 /Ε 0 =293 E 13 E 0 e x / Lrad 4 13/1.76 5 10 MeV e 31MeV Ν 13 =Ε 13 /Ε 0 =1613 ελώ Ε 20 < Ε c 39
Σύγρξνλε Φπζηθή: Θεξκηδόκεηξα ( E ) E a E b 40
Ανακάλσυη τφν μποζονιφν Z και W στα πειράματα UA1 και UA2 στο CERN το 1983 f f 41
Ανακάλσυη τοσ τοπ κοσάρκ στα πειράματα CDF και D0 στο Tevatron το 1995 42
Γεγονόηα Ζμ + μ - ζηον ανισνεςηή DELPHI ζηο LEP 43
Γεγονόηα Ζe + e - ζηον ανισνεςηή DELPHI ζηο LEP 44
Γεγονόηα Ζη + η - ζηον ανισνεςηή DELPHI ζηο LEP 45
Γεγονόηα Ζqqbar ζηον ανισνεςηή DELPHI ζηο LEP 46
Αποηελέζμαηα πειπαμάηων ζηο LEP 47
Σύγρξνλε Φπζηθή: Αληρλεπηέο - CMS CMS 48
Σύγρξνλε Φπζηθή: Αληρλεπηέο - ATLAS ATLAS 49
Ο Αληρλεπηήο ATLAS: Οθηώβξεο 2005 50
Ο ανισνεςηήρ ATLAS: 2008 Το κλείζιμο ηης γραμμής δέζμης ηοσ LHC ζηις 16 Ιοσμίοσ 2008 51
Ο αληρλεπηήο ATLAS: Σήκεξα 52
Αληρλεπηέο Σσκαηηδίσλ 53
Πωρ θα ανακαλςθθεί ένα νέο ζωμαηίδιο ζηο LHC; M E 2 p 2 54