Η ΒΑΣΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΣΤΗ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΗ ΦΥΣΙΚΗ

Παρουσίαση με θέμα: "Η ΒΑΣΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΣΤΗ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΗ ΦΥΣΙΚΗ"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Η ΒΑΣΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΣΤΗ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΗ ΦΥΣΙΚΗ
ΠΗΓΗ ΝΕΑΣ ΓΝΩΣΗΣ ΤΗΣ ΓΕΝΕΣΗΣ ΤΟΥ ΣΥΜΠΑΝΤΟΣ ΕΥΑΓΓΕΛΟΣ Ν. ΓΑΖΗΣ Καθηγητής Πειραματικής Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων, ΕΜΠ ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ Η’ ΛΥΚΕΙΟ, ΕΟΡΤΑΣΜΟΣ 100 ΧΡΟΝΩΝ, 08 Νοεμβρίου 2012 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

2 Περιεχόμενα της Ομιλίας
Οι διαστάσεις του (μικρο-) κόσμου Γιατί πιο μεγάλη ενέργεια στις δέσμες των σωματιδίων? Βασικές Αρχές λειτουργίας του Επιταχυντή Κύκλοτρο, Συγχροκύκλοτρο Σύγχροτρο, Γραμμικός Επιταχυντής Πρωτονίων Οι επιταχυντές στο CERN Ο Μεγάλος Αδρονικός Επιταχυντής LHC Τα πειράματα στον επιταχυντή LHC Αποτελέσματα Φυσικής Το Μποζόνιο HIGGS Νέες ιδέες για τα αναπάντητα ερωτήματα Συμπεράσματα 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

3 ΤΑ ΔΥΟ ΜΕΓΑΛΑ ΜΕΤΩΠΑ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ  ΑΣΤΡΟ-ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΗ ΦΥΣΙΚΗ!!
Οι Διαστάσεις του (μικρο-)κόσμου Η σωματιδιακή φυσική ερευνά την ύλη στις μικρότερες δυνατές διαστάσεις της: Επιταχυντές Μικροσκόπια Κιάλια, Τηλεσκόπια Οπτικά και ράδιο- τηλεσκόπια ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΣΤΡΟΦΥΣΙΚΗ, ΑΣΤΡΟΝΟΜΙΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΗ ΦΥΣΙΚΗ ΤΑ ΔΥΟ ΜΕΓΑΛΑ ΜΕΤΩΠΑ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ  ΑΣΤΡΟ-ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΗ ΦΥΣΙΚΗ!! 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

4 ? Γιατί ερευνούμε ? Τί ψάχνουμε ?
Μερικά από τα πιο βασικά ερωτήματα που διατύπωσε σκεπτόμενος ο άνθρωπος από την κλασσική αρχαιότητα, είναι: ? Ποιός είναι ο κόσμος που βλέπουμε γύρω μας; Πώς εξελίσσεται ο κόσμος. Από πού προέκυψε και που κατευθύνεται; Από που προήλθαμε; …;;;;;; 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

5 Το Σύμπαν 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

6 Γιατί πιο μεγάλη ενέργεια?
Η αρχή της γένεσης του Σύμπαντος (ΜΕΓΑΛΗ ΕΚΡΗΞΗ) προϋποθέτει τη συγκεντρωση μέγιστης ενέργειας σε ελάχιστο χώρο, όπου με την πάροδο του χρόνου η ενέργεια ελαττώνεται και δημιουργείται ύλη. Οι επιταχυντές παρέχουν φορτισμένα σωματίδια με υψηλή κινητική ενέργεια, οι συγκρούσεις των οποίων δημιουργούν συνθήκες ενέργειας και ύλης πολύ κοντά στη ΜΕΓΑΛΗ ΕΚΡΗΞΗ. Για να αυξηθεί η ενέργεια των σωματιδίων της δέσμης, εφαρμόζονται ισχυρά ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία που τα επιταχύνουν και συγχρόνως τα εστιάζουν. Οι επιταχυντές έχουν είτε κυκλική μορφή (ΚΥΚΛΙΚΟΙ ΕΠΙΤΑΧΥΝΤΕΣ), όπου τα σωματίδια της δέσμης επιταχύνονται διαγράφοντας επαναλαμβανόμενες κυκλικές τροχιές, είτε ευθεία γραμμή (ΓΡΑΜΜΙΚΟΙ ΕΠΙΤΑΧΥΝΤΕΣ), όπου η δέσμη ταξιδεύει από την μια άκρη στην άλλη. Οι ανιχνευτές συλλαμβάνουν τα σωματίδια που παράγονται στις συγκρούσεις, προκειμένου να διερευνηθεί η δομή του πυρήνα του ατόμου και οι δομικοί λίθοι των νουκλεονίων – quarks. Σχέση του Einstein E = mc2 =>m = E/c2 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

7 Βασικές Αρχές λειτουργίας του Επιταχυντή
Μαγνητικό Πεδίο ΚΙΝΗΣΗ ΦΟΡΤΙΣΜΕΝΟΥ ΣΩΜΑΤΙΔΙΟΥ ΥΠΟ ΤΗΝ ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΔΙΠΟΛΙΚΟΥ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ (ΚΑΘΕΤΟΥ) ΣΤΗΝ ΟΘΟΝΗ Βρ = «Μαγνητική Ακαμψία» του σωματιδίου. Δείχνει το βαθμό δυκολίας να υπακούσει σε καμπυλόγραμμη κίνηση το σωματίδιο λόγω του μαγνητικού πεδίου 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

8 Βασικές Αρχές λειτουργίας του Επιταχυντή
Μαγνητικό Πεδίο ΑΛΛΑΓΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ του σωματιδίου κατά ΓΩΝΙΑ Θ λόγω μαγνητικού πεδίου μήκους L και πεδίου B Βρ = μαγνητική ακαμψία ~ ορμή του σωματιδίου 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

9 ΤΡΟΧΙΑ του σωματιδίου μέσα σε κυκλικό μαγνήτη
Βασικές Αρχές λειτουργίας του Επιταχυντή Μαγνητικό Πεδίο ΤΡΟΧΙΑ του σωματιδίου μέσα σε κυκλικό μαγνήτη Αλλά ένας επιταχυντής περιέχει πολλά σωματίδια Ο αριθμός των σωματιδίων στο σύγχροτρον είναι περίπου σωματίδια Δύο σωματίδια στο μαγνητικό πεδίο με ίδια ορμή αλλά με διαφορετικές γωνίες εισόδου 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

10 Το ΚΥΚΛΟΤΡΟΝ 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

11 Το ΚΥΚΛΟΤΡΟΝ 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

12 Το ΣΥΓΧΡΟΚΥΚΛΟΤΡΟΝ 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

13 Βασικές Αρχές λειτουργίας του Επιταχυντή
Ηλεκτρικό Πεδίο 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

14 ΓΡΑΜΜΙΚΟΣ ΕΠΙΤΑΧΥΝΤΗΣ ΠΡΩΤΟΝΙΩΝ
08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

15 ΓΡΑΜΜΙΚΟΣ ΕΠΙΤΑΧΥΝΤΗΣ ΠΡΩΤΟΝΙΩΝ
08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

16 Αρχή Σύγχρονου Πειράματος στη Σωματιδιακή Φυσική !!
Μέθοδοι της σωματιδιακής φυσικής Ανιχνευτής Επιταχυνόμενα Σωματίδια 1) Συγκέντρωση ενέργειας στα σωματίδια (επιταχυντής) 2) Σύγκρουση σωματιδίων (δημιουργία συνθηκών ανάλογων του Big Bang) 3) Αναγνώριση παραγόμενων σωματιδίων από τον Ανιχνευτή (έρευνα για νέα φαινόμενα) Αρχή Σύγχρονου Πειράματος στη Σωματιδιακή Φυσική !! 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

17 Οι εγκαταστάσεις του CERN
2009 27 km CERN PREVESSIN Επιταχυντής SPS CERN MEYRIN Επιταχυντής LHC Αεροδρόμιο Γενεύης 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

18 Η Τεχνογνωσία του CERN: Η ανάπτυξη επιταχυντών φορτισμένων σωματιδίων
Η ανάπτυξη επιταχυντών φορτισμένων σωματιδίων 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

19 Ο Μεγάλος Αδρονικός Επιταχυντής LHC
Ο Μεγάλος Επιταχυντής Συγκρουόμενων Δεσμών Αδρονίων (Large Hadron Collider = LHC) αποτελεί την πιο ισχυρή επιταχυντική μηχανή που κατασκευάστηκε ποτέ για την έρευνα των ιδιοτήτων των θεμελιωδώνσωματιδίων. Τέσσερις γιγάντιοι υπόγειοι θάλαμοι φιλοξενούν τους ανιχνευτές Θα επιτευχθεί η υψηλότερη στον κόσμο ενέργεια για επιταχυντή. Ήδη βρισκόμαστε στα ( ) TeV !! Αποτελεί την ισχυρότερη δέσμη συγκρουόμενων πρωτονίων Λειτουργεί σε θερμοκρασία μικρότερη αυτής του διαστήματος!! 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

20 Κατασκευάζοντας το LHC
27 km μήκος περιφέρειας 100 m κάτω από τη γη 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

21 Ο Μεγάλος Αδρονικός Επιταχυντής LHC
1238 υπεραγώγιμα μαγνητικά δίπολα, βάρους 35 τόνων το καθένα κατασκευάστηκαν και συναρμολογήθηκαν για τον Μεγάλο Αδρονικό Επιταχυντή, με περίμετρο 27 χιλιόμετρα!. Αν χρησιμοποιούσαμε συμβατικούς μαγνήτες θα χρειαζόμασταν περίμετρο επιταχυντού με 120 χιλιόμετρα !!! για να έχουμε την ίδια τελική ενέργεια. 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

22 Ο Μεγάλος Αδρονικός Επιταχυντής LHC
08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

23 The LHC machine 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ 23

24 Το σύμπλεγμα του LHC και των Ανιχνευτών
To LHC λειτουργεί από το Είναι βέβαιο ότι θα αλλάξει τις απόψεις μας για την Ύλη, τη Φύση και το Σύμπαν! CMS ATLAS LHC-b 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

25 Κατασκευάζοντας το πείραμα CMS του LHC
08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

26 Ο ανιχνευτής ATLAS ανάμεσα στις πτέρυγες του 6-όροφου κτιρίου 40 CERN
Διάμετρος m Μήκος Τοροειδούς m Συνολικό μήκος m Συνολικό βάρος Tons 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

27 The ATLAS Detector 30/04/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ 27

28 Στοιχεία Περιοδικού Συστήματος
Διαστάσεις της Σωματιδιακής Φυσικής Στοιχεία Περιοδικού Συστήματος 10/02/ 2011 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

29 Ο Περιοδικός Πίνακας της Σωματιδικής Φυσικής
QUARKS ΤΟ ΠΡΩΤΟΝΙΟ ΤΟ ΜΕΣΟΝΙΟ ΚΑΙ ΤΟ ΒΑΡΥΟΝΙΟ ΦΟΡΕΙΣ ΤΩΝ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΕΩΝ ΛΕΠΤΟΝΙΑ 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ 29

30 Ασθενείς Ισχυρές Βαρυτικές
Οι Δυνάμεις της Φύσης Ασθενείς Μεταδίδονται με ταW & Z0 Προκαλούν την διάσπαση των ραδιενεργών πυρήνων Διαμορφώνουν την ένταση της ηλιακής ενέργειας Ισχυρές Μεταδίδονται με τα γκλουόνια Συγκρατούν τα πρωτόνια και νετρόνια στον πυρήνα Συγκρατούν τα quarks στα πρωτόνια και τα νετρόνια Βαρυτικές Μεταδίδονται με τα γκραβιτόνια Αναγκάζουν τα αντικείμενα με μάζα να πέφτουν Διατηρούν τη γη και τους πλανήτες γύρω από τον ήλιο Ηλεκτρομαγνητικές Μεταδίδονται με φωτόνια Συγκρατούν τα ηλεκτρόνια γύρω από τον πυρήνα Ευθύνονται για τις χημικές αντιδράσεις Ηλεκτρισμός, Φως, Ακτινοβολία … 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

31 ΟΛΗ η Σωματιδιακή Φυσική στον LHC
Φ J/ψ Y Ζ Higgs ? 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

32 TheoAlex, Greek Midterm, PECFA @ CERN
Πείραμα ALICE Ω = sss 25/11/2011 TheoAlex, Greek Midterm, CERN 32 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

33 Πείραμα ALICE Λ = uds 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

34 TheoAlex, Greek Midterm, PECFA @ CERN
Νέο Σωματίδιο Xb(3P) ΠΕΙΡΑΜΑ ATLAS ΜΑΡΤΙΟΣ 2012 !! 25/11/2011 TheoAlex, Greek Midterm, CERN 34 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

35 Ξb*0 = dsb 27 ΑΠΡΙΛΙΟΥ 2012 !! Νέο Σωματίδιο Ξb*0 ΠΕΙΡΑΜΑ CMS
m = ± 2.8 MeV 27 ΑΠΡΙΛΙΟΥ 2012 !! 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

36 ΤΟ ΜΠΟΖΟΝΙΟ ΠΟΥ ΔΕΝ ΕΧΕΙ ΒΡΕΘΕΙ ΑΚΟΜΑ ?
Μποζόνιο HIGGS ΤΟ ΜΠΟΖΟΝΙΟ ΠΟΥ ΔΕΝ ΕΧΕΙ ΒΡΕΘΕΙ ΑΚΟΜΑ ? ΠΩΣ ΠΑΡΑΓΕΤΑΙ ΜΕ ΠΟΙΑ ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΑ ΠΩΣ ΔΙΑΣΠΑΤΑΙ 4 ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΡΟΠΟΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΤΟΥ ΜΠΟΖΟΝΙΟΥ ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΤΡΟΠΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΤΟΥ ΜΠΟΖΟΝΙΟΥ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΡΟΠΟΙ ΔΙΑΣΠΑΣΗΣ ΤΟΥ ΜΠΟΖΟΝΙΟΥ Περιμένουμε μόνο 1 Ηiggs σωματίδιο για κάθε 1’000’000’000’000 γεγονότα! γεγονότα!! 08/11/2012 25/11/2011 36 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

37 ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΠΟΥ ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΥΠΑΡΧΕΙ ΤΟ ΜΠΟΖΟΝΙΟ
Μποζόνιο HIGGS ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΠΟΥ ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΥΠΑΡΧΕΙ ΤΟ ΜΠΟΖΟΝΙΟ Η συνεχής γραμμή είναι το πείραμα και η διακεκομμένη γραμμή είναι τα αναμενόμενα αποτελέσματα 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

38 Μποζόνιο HIGGS ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΠΟΥ ΜΠΟΡΕΙ ΝΑ ΥΠΑΡΧΕΙ ΤΟ ΜΠΟΖΟΝΙΟ ΠΙΘΑΝΗ ΜΑΖΑ ΤΟΥ ΜΠΟΖΟΝΙΟΥ HIGGS H→WW(∗)→l+νl−ν H→bb ΚΟΚΚΙΝΗ ΓΡΑΜΜΗ H→τ+τ− mH = ( ) GeV/c2 ( ) GeV/c2 119.5 125.0 H→γγ H→ZZ(∗)→l+l−l+l−ΜΠΛΕ ΓΡΑΜΜΗ Η συνεχής γραμμή είναι το πείραμα και η διακεκομμένη γραμμή είναι τα αναμενόμενα αποτελέσματα 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

39 Το σωματίδιο Higgs στον LHC
08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

40 Ενοποίηση των αλληλεπιδράσεων
Αναπάντητα Ερωτήματα Ενοποίηση των αλληλεπιδράσεων Ασυμμετρία των Βαρυονίων: Οι τρεις γενιές γεύσεων των quarks Ελάχιστη μάζα των νετρίνων Προέλευση της σκοτεινής ύλης Κβαντική θεωρία Βαρύτητας Κοσμολογική σταθερά 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

41 Απαντήσεις με νέες ιδέες
ΥΠΕΡΣΥΜΜΕΤΡΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ: για ελαχιστοποίηση των κβαντικών διορθώσεων ΝΕΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ: Technicolor/Topcolor ΕΞΤΡΑ ΔΙΑΣΤΑΣΕΙΣ του χωροχρόνου ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΙΕΡΑΡΧΙΑΣ, κλπ 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

42 Απαντήσεις με νέες ιδέες
Η ΥΠΕΡΣΥΜ-ΜΕΤΡΙΑ Δ Ε Ν ΥΠΑΡΧΕΙ ΓΙΑ ΜΕΓΑΛΗ ΠΕΡΙΟΧΗ 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

43 Απαντήσεις με νέες ιδέες
ΨΑΧΝΟΥΜΕ «ΒΕΛΟΝΑ ή ΨΥΛΛΟ ΣΤ’ ΑΧΥΡΑ.... ΑΛΛΑ ΣΥΝΕΧΙΖΟΥΜΕ!!! 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

44 των νέων φαινομένων φυσικής
Επίλογος - Κάλεσμα... Η παγκόσμια επιστημονική κοινότητα ζεί ΜΕΓΑΛΕΣ και ΜΟΝΑΔΙΚΕΣ συναρπαστικές στιγμές ανακάλυψης των νέων φαινομένων φυσικής με τη λειτουργία του Μεγάλου Αδρονικού Επιταχυντή LHC!! Ελπίζουμε ότι πολλοί από τους νέους μαθητές, ΕΣΕΙΣ ...ενδεχομένως, οι ΝΕΑΡΟΙ ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΟΙ ΦΥΣΙΚΟΙ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΟΙ Θα μας συνοδεύσουν σε αυτή την θαυμαστή περιπέτεια των νέων Ανακαλύψεων της Επιστήμης, της Τεχνολογίας και της Καινοτομίας!! 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

45 BACKUP SLIDES 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ 45

46 Κλίμακα Ενεργειών Τα πρωτόνια που συγκρούονται μέσα στο πείραμα ATLAS, ΠΟΣΟ γρήγορα κινούνται? Ενέργεια πρωτονίου Ποσοστό Ταχύτητας του φωτός 1 eV 1 MeV = eV 1 GeV = eV 1 TeV = eV 7 TeV = eV MeV= 106 eV GeV= 109 eV TeV= 1012 eV 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ

47 Ο Μεγάλος Αδρονικός Επιταχυντής LHC
collisions 7 TeV injection 450 GeV Luminocity 1034 cm-2 s-1 Bunch Spac. 7.48 m Bunch Sep. 24.95 ns Particles/b. 1.1 x 10 11 Dipole field at 7 TeV 8.33 Tesla Luminocity life time 10 h DC beam c. 0.56 A LHC Parameters 08/11/2012 Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ