LHC Large Hadron Collider Marele ciocnitor de hadroni

LHC – Large Hadron Collider Marele “ciocnitor” de hadroni şi studiul structurii materiei Ladislau Nagy Universitatea Babeş-Bolyai, Cluj

Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire CERN – Cel mai mare laborator de cercetare din Europa

• • • Cercetări în fizica particulelor elementare Fondat în 1954 Treptat au construit acceleratoare tot mai mari Astăzi sunt 20 de state membere 3000 de angajaţi permanenţi 6500 de cercetător din 80 de ţări lucrează la experimente Aici s-au descoperit multe particule noi (Z 0, W+, W−) Aici s-au produs prima dată antiatomi (antihidrogen) Observarea violării simetriei CP Producerea plasmei cuarc-gluon Elaborarea protocolului www (1990) Conceperea reţelelor de calculatoare de top grid

LHC în numere • • • • Circumferinţa 27 km În adâncime de 100 m 7 Te. V=1, 12∙ 10 -6 J – energia unui proton 362 MJ – energia totală a fasciculului de protoni 8, 3 T – inducţia maximă creată de cei 1232 de magneţi supraconductori 10. 000 A – intensitatea curentului în magneţi 1, 9 K – temperatura sistemului 10 -13 atm – presiunea în tunelul fascicolului 9000 m 3 – volumul sistemului vidat 4, 1 miliarde UDS – preţul construcţiei 14 ani – timpul de construcţie Datele produse ar ocupa 6 milioane de DVD-uri 4 detectori uriaşi

De ce avem nevoie de LHC? Stuctura materiei • Pascal secolul XVII – inexhaustibilitatea materiei „. . . Să cerceteze în cele mai mici lucruri cunoscute. . . Eu însă vreau să-i arăt o nouă adâncime infinită. Vreau să-i dezvălui nu numai Universul vizibil, ci și nemărginirea, care se află în interiorul atomului. Să dezvăluie în acesta o infinitate de lumi. . . ”

Modelul planetar al lui Rutherford • Experiment de împrăștiere

Structura nucleului • 1933 – este format din protoni și neutroni

1933 – materia este formată din câteva particule elementare • • Electron Proton Neutron Foton

Complicații • Antimaterie – Dirac a prevăzut existența acesteia în 1928 • Pozitron – electron cu sarcină negativă • În teoria lui Dirac este un „gol” în mulțimea electronilor de energie negativă • A fost observat și experimental

Crearea și anihilarea perechilor de particulă – antiparticilă • Anihilarea se produce cu degajarea unei energii mari E=mc 2

Alte paticule • Neutrini – se produc prin dezinegrare beta • Fiecărei particule ii corespunde o antiparticulă • În acceleratorii de particule s-au creat noi și noi particule – de regulă instabile • Hadroni – particule grele • Mesoni • Miuon, taon • Aceste sute de „particule elementare” au complicat tot mai mult imaginea noastră despre structura materiei

Cuarci • Gell Mann în 1963 a presupus, că protonii, neutronii, hadronii și mezonii nu sunt particule elementare

Teoria valabilă astăzi

Ultimul cuarc descoperit: cuarcul t

Oare aceste particule elementare se pot despica mai departe? • • Pentru eventuala despicare ar fi nevoie de enegie mare Energie de impact creză particule noi, cu masă chiar mai mare decât particulele inițiale E=mc 2

Transformarea energiei în masă de repaos • În acceleratorii de particule de energie mare se pot crea particule (de ex. perechi electron-pozitron) • Se formează și particule, care nu se găsesc în materia obișnuită (mezoni , bosoni W, antiparticule etc. ) • Cu cât este mai mare energia, cu atât se nasc mai multe particule

Interacțiunile • Interacțiunile sunt transmise de către particule (virtuale) • De ex. interacțiunea electromagnetică – foton • Diagramele Feynman

• În vid se formează permanent perechi de particulăantiparticulă

4 interacțiuni fundamentale • • Gravitațională Electromagnetică Tare Slabă

Căutarea teoriei unificate

• • Interacțiunea electroslabă – Teoria Weinberg-Salam Marea unificare – modelul standard Mai multe previziuni s-au dovedit a fi adevărate Câmpul Higgs – determină masa celorlalte particule

• O particulă în vid • Interacțiunea câmpului Higgs cu particulele virtuale asociate câmpului (creat de particulă) determină masa particulei

• Clusterizarea câmpului Higgs – presupusa particulă Higgs

Observarea experimentală a presupusei particule Higgs – încă o confirmare a modelului standard • CERN, Geneva • LHC (marele ciocnitor de hadroni) • 7 Te. V+7 Te. V =14 Te. V

Particulele Higgs se dezintegrează în perechi de leptoni sau cuarci, în funcție de masa lor • Numai o particulă Higgs din 1, 000, 000 de evenimente

Alte posibile descoperiri • • Particule supersimetrice? Găuri negre în miniatură? Energie întunecată? Dimensiuni ascunse?

Unificarea cu interacțiunea gravitațională – teoria superstingurilor

• Teoria presupune existența a 10 -11 dimensiuni, din care 7 -8 sunt înfășurate în pachete de mărime infimă

Alte forme ale materiei – energia întunecată? • Conform noilor observații expansiunea Universului este accelerată • Are o structură geometrică aproape euclidiană • Materie întunecată • Energie întunecată

Vă mulțumesc pentru atenție