A nagy hadronütköztető – a világegyetem első pillanatainak vizsgálata

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

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

3. Részecskefizikai kutatások • 1954-ben alapították • Fokozatosan mind nagyobb és nagyobb részecskegyorsítókat építettek • Ma 20 tagországa van a CERN-nek • 3000 főállású alkalmazott • 6500 tudományos kutató végez kísérleteket, 80 országból • Sok új részecskét fedeztek fel (Z0, W+, W−) • Itt állítottak elő először antiatomokat (antihidrogén) • CP-sértés bizonyítása • Kvark-gluon plazma előállítása • A www protokoll kidolgozása (1990) • A grid-típusú számítógép-hálózatok kidolgozása

5. Az LHC számokban • 27 km kerület • 100 m mélységben • 7 TeV=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

6. 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”

7. Rutherford - bolygómodell • Szórási kísérlet

9. Az atommag szerkezete • 1933 – protonokból és neutronokból áll

10. 1933 - az anyag néhány egyszerű részecskéből áll • Elektron • Proton • Neutron • Foton

11. 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

12. Részecske-antirészecske párkeltés és annihiláció • Az annihiláció nagy energiafelszabadulással jár E=mc2

13. 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

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

15. A mai elképzelés

16. A legutolsó felfedezett: a t kvark

17. Vajon ezek az elemi részecskék tovább bonthatók? • A felbontáshoz nagy energiára lenne szükség • Az ütközési energia új részecskéket képes létrehozni E=mc2

18. 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, antirészecskékstb.) • Minnél nagyobb az energia, annál több részecske keletkezik

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

20. A vákuumban is állandóan virtuális részecske-antirészecske párok keletkeznek

21. 4 alapvető kölcsönhatás • Gravitációs • Elektromágeneses • Erős • Gyenge

23. Egységes elmélet keresése

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

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

26. A Higgs-mező „csomósodása” – a feltételezett Higgs-részecske

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

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

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

30. A gravitációval való egyesítés – a szuperhúrelmélet

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

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

34. 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

35. Köszönöm a figyelmet