A nagy hadrontkztet a vilgegyetem els pillanatainak vizsglata

A nagy hadronütköztető – a világegyetem első pillanatainak vizsgálata Nagy László Babeş-Bolyai Tudományegyetem, Kolozsvár

Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire A CERN – Európa legnagyobb kutatóintézete

• Részecskefizikai kutatások • 1954 -ben alapították • Fokozatosan mind nagyobb és nagyobb részecskegyorsítókat építettek • Ma 20 tagországa van a CERNnek • 3000 főállású alkalmazott • 6500 tudományos kutató végez kísérleteket, 80 országból • Sok új részecskét fedeztek fel (Z 0, W+, W−) • Itt állítottak először antiatomokat (antihidrogén) • CP-sértés bizonyítása • Kvark-gluon plazma előállítása • A www protokoll kidolgozása (1990) • A grid-típusú számítógéphálózatok kidolgozása

Az LHC számokban • • • • 27 km kerület 100 m mélységben 7 Te. V=1, 12∙ 10 -6 J – egy proton energiája 362 MJ – a protonnyaláb teljes energiája 8, 3 T – az 1232 szupravezető mágnes maximális indukciója 10. 000 A – áramerősség a mágnesekben 1, 9 K – a rendszer hőmérséklete 10 -13 atm – a nyalábcsőben a nyomás 9000 köbméter – a vákumrendszer térfogata 4, 1 milliárd UDS építési költség 14 év alatt építették A termelt adatokat 6 millió DVD-n lehetne tárolni 4 hatalmas detektor

Mi szükség az LHC-re? Az anyag szerkezete • Pascal, XVII század – az anyag kimeríthetetlensége • „. . . Kutasson az általa ismert legkisebb dolgokban. . . Én azonban még ebben is egy újabb feneketlen mélységet akarok megmutatni neki. Nemcsak a látható világmindenséget szándékszom feltárni előtte, hanem azt a mérhetetlenséget is, amit e kicsi atomon belül alkothat magának a természetről. Fedezzen fel benne is végtelen sok világot”

Rutherford bolygómodell • Szórási kísérlet

Az atommag szerkezete • 1933 – protonokból és neutronokból áll

1933 - az anyag néhány egyszerű részecskéből áll • • Elektron Proton Neutron Foton

Bonyodalmak • Antianyag – Dirac jósolta meg a létét 1928 -ban • Pozitron – negatív töltésű elektron • A Dirac-elmélet szerint egy „lyuk” a negatív energiájú elektronok tengerében • Ki is mutatták kísérletileg

Részecske-antirészecske párkeltés és annihiláció • Az annihiláció nagy energiafelszabadulással jár E=mc 2

Más részecskék • Neutrínó – béta bomláskor keletkezik • Minden ismert részecskének van antirészecskéje • Gyorsítókban való ütközések útján mind újabb fajta részecskéket állítottak elő – általában instabilak • Hadronok – nehéz részecskék • Mezonok • Müon, taon • A több száz „elemi részecske” egyre jobban bonyolította a képet

Kvarkok • Gell Mann 1963 -ban feltételezte, hogy a protonok, neutronok, hadronok, mezonok nem elemi részecskék

A mai elképzelés

A legutolsó felfedezett: a t kvark

Vajon ezek az elemi részecskék tovább bonthatók? • • A felbontáshoz nagy energiára lenne szükség Az ütközési energia új részecskéket képes létrehozni E=mc 2

Az energia átalakulása nyugalmi tömeggé • A nagyenergiájú részecskegyorsítókban részecskéket lehet kelteni (pl. elektron-pozitron párokat) • Olyan részecskék is keletkeznek, melyek a közönséges anyagban nem léteznek ( mezonok, W bozonok, antirészecskék stb. ) • Minnél nagyobb az energia, annál több részecske keletkezik

A kölcsönhatások • A kölcsönhatásokat (virtuális) részecskék közvetítik • Pl. elektromágneses kölcsönhatás – foton • Feynman-diagramok

• A vákuumban is állandóan virtuális részecskeantirészecske párok keletkeznek

4 alapvető kölcsönhatás • • Gravitációs Elektromágeneses Erős Gyenge

Egységes elmélet keresése

• • Elektrogyenge kölcsönhatás – Weinberg-Salam elmélet Nagy egységesítés – standard elmélet Több jóslata igaznak bizonyult Higgs-mező – a többi részecske tömegét határozza meg

• Egy részecske a vákuumban • A Higgs-mező kölcsönhatása a mezőhöz rendelt virtuális részecskékkel adja a részecske tömegét

• A Higgs-mező „csomósodása” – a feltételezett Higgsrészecske

A feltételezett Higgs-részecske kimutatása – a standard modell további igazolása • CERN, Genf • LHC (nagy hadron ütköztető) • 7 Te. V+7 Te. V =14 Te. V

A Higgs-részecskék lepton vagy kvark-párokká bomlanak fel, a tömegüktől függően • Csak 1 higgs 1, 000, 000 esemény között

Más lehetséges felfedezések • • Szuperszimmetrikus részecskék? Miniatűr fekete lyukak? Sötét energia? Rejtett dimenziók?

A gravitációval való egyesítés – a szuperhúrelmélet

• Az elmélet 10 -11 dimenzió létezését tételezi fel, melyekből 7 -8 „fel van csavarodva” igen kis méretre

Más anyagformák – sötét energia? • A legújabb kutatások szerint most is gyorsulva tágul az Univerzum • Geometriája közel euklideszi • Sötét anyag • Sötét energia

Az anyag szerkezetéről alkotott elképzelések időnként egyszerűsödnek, máskor bonyolódnak • • • Ókor – 4 elem XIX sz. – kb. 100 elem 1933 – 4 -5 alapvető részecske 1950 -60 – több száz részecske Jelenleg – 1 -2 tucat elemi részecske, de ebbe nem fér minden bele • Kimeríthetetlenség – de nem a pascali értelemben

Köszönöm a figyelmet