Badanie struktury Wszechświata - Indico

Badanie struktury Wszechświata
czyli
LHC - największy mikroskop zbudowany przez człowieka
Maciej Trzebiński
CERN: Rafał Staszewski
Największe pytania fizyki
Jak wyglądał
Wielki Wybuch?
Czy istnieją
dodatkowe
wymiary?
Dlaczego świat
jest zbudowany z
materii a nie
antymaterii?
Jakie są
podstawowe
prawa
natury?
Czym jest
ciemna energia?
Czy cząstki które
znamy są
elementarne?
Czy teoria strun
jest ostateczną
teorią
wszystkiego?
Jak powstał
Wszechświa
t i jaki jest
jego
ostateczny
los?
Co się dzieje we
wnętrzu czarnej
dziury?
Czym jest
ciemna materia?
Skąd pochodzi
promieniowanie
kosmiczne?
Czy znamy już
wszystkie
cząstki?
Jakie są
najbardziej
elementarne
składniki
materii?
2
Jak obserwować?
Zdolność rozdzielcza
jak daleko od siebie muszą być dwa obiekty zanim zleją się w jeden
Oko ludzkie
zdolność rozdzielcza 0.03 mm (odległość najlepszego widzenia)
Mikroskop
(światło widzialne)
powiększenie do 1500 razy
Mikroskop
(światło ultrafioletowe)
powiększenie do 3500 razy
Długość fali, którą oświetlamy obiekt musi być
mniejsza od jego rozmiarów.
Jak obserwować?
Dualizm korpuskularno-falowy
materia ma zarówno własciwości korpuskularne jak i falowe
długość fali ~ 1 / energia cząstki
Im większa energia cząstki, tym mniejsza jest długość jej fali.
źródło elektronów
Mikroskop elektronowy
powiększenie 10 000 000 razy
zdolność rozdzielcza 50 pm
rozpędzanie
(zwiększanie energii)
w polu elektrycznym
skupianie wiązki w polu
magnetycznym
(soczewka)
“oświetlanie” przedmiotu
odczyt danych
mili
m
10-3
mikro
µ
10-6
nano
n
10-9
piko
p
10-12
femto
f
10-15
m
a
s
Pa
o,
me
on
ce
r
>
g
Ri
óa
wi
nz
a
d
n
ie
er
Ez
U
r
z
ą
d
z
LHC (Large Hadron Collider)
obwód: ok. 27 km (~100 m pod ziemią)
energia: do 14 TeV
zderzenia: proton-proton, proton-ołów, ołów-ołów
prędkość cząstek: 0.999999991c
TeV → eV: 14x1012
ev → dżule: 1.602x10-19
14 TeV = 22.4x10-7 dżula
energia ruchu fruwającego komara
ALE
skupiona na miliardy razy mniejszym obszarze
Detektory
Proste pytania bez odpowiedzi...
Kiedy?
Jak?
Dlaczego?
Z czego się składa?
Jakie są zależności (oddziaływania) pomiędzy składnikami?
Fizyka Wysokich Energii
(cząstek elementarnych)
próbuje udzielić odpowiedzi na te pytania
przez badanie natury Wszechświata w jak
najmniejszej skali.
Jak obserwować?
długość fali ~ 1 / energia cząstki
Większa energia → potrzeba rozpędzania (nadawania energii)
-
+
-
kolejne etapy
przyśpieszania
w polu
elektrycznym
Cyklotron
cząstka
przyśpieszana w polu elektrycznym
zakrzywiana w polu magnetycznym
Zderzenie cząstek
Nie można bezpośrednio badać, co się stało w
punktcie oddziaływania
ALE
badając zachowanie i właściwości stabilnych wyprodukowanych
cząstek możemy o tym wnioskować.
Detektekcja cząstek
Przykład: produkcja i rozpad bozonu Higgsa
Przekrój czynny – prawdopodobieństwo wystąpienia danego procesu.
H → ZZ → µµµµ