Urýchľovače a detektory elementárnych častíc

Ivan Melo

VTFM, Žilina, Mar 10, 2005

• Urýchľovače častíc (princíp a druhy)• CERN a LEP urýchľovač• Detektory častíc (princíp, detektor DELPHI)• Identifikácia častíc a eventov• Budúcnosť: urýchľovač LHC, detektor

ATLAS • Je výskum elementárnych častíc užitočný ?

Obsah

Urýchľovače a detektory

Urýchľovače urýchľujú častice na vysokéenergie a potom ich zrážajú s cieľom

zistiť, akú majú štruktúru

využiť energiu zrážky na vytvorenie nových častíc

Detektory sledujú výsledky zrážok

Urýchľovače – mikroskopy na skúmanie štruktúry častíc

• Optický mikroskop ............. do 10-6 m

• Elektrón ako vlna λ ~ 1/p Elektrónový mikroskop s E = 100 keV ....... do 10-9 m,

• Urýchľovač LEP, E = 100 GeV, ..... do 10-18 m

SrRuO3 kryštál

Urýchľovače – továrne na nové častice

E = mc2

Z bozón (91 GeV) .......... 1984

top kvark (175 GeV) .... 1995

? ……… 2007

Fyzika elementárnych častíc → fyzika vysokých energií (HEP)

Druhy urýchľovačov

• Lineárne - kruhové

• e-, e+, p, p, ťažké jadrá

• Fixné terče – kolajdery

• LEP, CERNLineárny urýchľovač

Urýchľovač LEP v CERNe

c

Why so big ?

Rozpady Z (10-25 s)

1. Z → νν (νeνe+νμνμ+ντντ)

2. Z → e+e-

3. Z → μ+μ-

4. Z → τ+τ-

5. Z → qq (uu+dd+cc+ss+bb) 6. Z → qq g 7. Z → qq gg

Pri ECMS = 91 GeV e+e- → Z

2 jets

3 jets

4 jets

No sign

Dráhový detektor

Miónový detektor

Hadr. kalorimeter

El. mag. kalorimeter

Chýba end cap

Dráhový Elmag. Hadrónový Miónový detektor kalorimeter kalorimeter detektor

vnútorná vrstva vonkajšia vrstva

Identifikácia častíc

Elektrónový event: e+e- → Z → e+e-

Dvojjetový event: e+e- → Z → qq (2 jety)

Trojjetový event: e+e- → Z → qq g (3 jety)

τ rozpady (3.3 x 10-13 s)

50 % with one charged hadron (π)16 % with three charged hadrons (π)

LHC: pp, Ecm = 14 000 GeV

• 40 miliónov zrážok za 1s (väčšinou pozadie)

• Tok dát ... 1015 bytov za 1s (1 milión CD-rom za 1s)

170 univerzít z 35 krajín

ľudská postava

ATLAS Experiment, CERN

Higgsov bozón

Is particle physics useful ?

• www (world wide web)• VRVS (Virtual room

videoconferencing system)• Grid computing• Medicine: imaging and therapy• Synchrotron radiation• Accelerator mass spectrometry

Doing particle physics will do nothing to defend our country except to make our country worth defending

Robert Wilson

• http://vk.upjs.sk/~epog

• http://wyp.teilchenphysik.org