CERN

1. CERN Europejska Organizacja Badań Jądrowych.

2. 15 lutego 1952roku 11 krajów w celu odbudowy europejskiej nauki podpisało porozumienie utworzenia Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych. Obecnie CERN zrzesza 20 państw europejskich.

3. Główne cele i zadania CERN: • Badania naukowe. • Tworzenie nowych technologii i ich transfer. • Edukacja. • Rozwój współpracy międzynarodowej.

4. Badania naukowe w CERN prowadzone są w dziedzinie fizyki cząstek elementarnych i fizyki nuklearnej. CERN jest największym na świecie laboratorium fizyki cząstek i ma największy kompleks akceleratorów na świecie, w tym akcelerator LHC. Badania naukowe w CERN-ie prowadzą do rozwoju techniki. Z CERN-u pochodzą m.in. obrazowanie medyczne i światowa „pajęczyna” www.

5. Model Standardowy-jedna z najważniejszych teorii fizyki współczesnej, jej postawy zaczęto budować na początku lat 70 ubiegłego stulecia . Teoria ta opisuje trzy z czterech oddziaływań - elektromagnetyczne, słabe i silne (oprócz grawitacyjnego). Większość przewidywań Modelu Standardowego potwierdzono doświadczalnie. Obecnie naukowcy starają się odkryć cząstkę przewidywaną przez model, tzw. Bozon Higgsa- Cząstkę Boga. • Cząstki elementarne-są podstawowym budulcem, z którego zbudowane są wszystkie inne cząstki. • Podział cząstek elementarnych wg Modelu Standardowego: • Fermiony- budują materię • Bozony- przenoszą oddziaływanie

6. Fermiony- cząstki tworzące materię (12 rodzajów podzielonych na 3 rodziny po 4 fermiony w każdej) • rodzina 1 • lepton: elektron • neutrino elektronowe • kwarki: up(u) (ładunek+2/3),down (d)(ładunek-1/3) • rodzina 2 • lepton: mion • neutrino mionowe • kwarki: powabny (c) (ładunek+2/3), dziwny (s) (ładunek -1/3) • rodzina 3 • lepton:taon • neutrino taonowe • kwarki: top(t)(ładunek+2/3), , bottom(b)(ładunek-1/3), • Kwarki tworzą hadrony- protony i neutrony.

7. Cząstki i ich antycząstki • elektron-antyelektron ( pozyton) • neutrino elektronowe- antyneutrino elektronowe • kwarki: up (u),down (d)- antykwark górny, antykwark dolny • mion- antycząstka mionu (mion dodatni) • neutrino mionowe - antyneutrino mionowe • kwarki: charm(c) ,strange(s)- antykwark powabny, antykwark dziwny • taon-antycząstka taonu (taon dodatni) • neutrino taonowe-antyneutrino taonowe • kwarki: top (t),bottom(b)-antykwark wysoki, antykwark niski

8. Bozony („cząstki oddziaływania”)- cząstki odpowiedzialne za przenoszenie oddziaływań • gluony- odpowiedzialne za przenoszenie oddziaływań silnych • wuony i zeton- odpowiedzialne za przenoszenie oddziaływań słabych • fotony- odpowiedzialne za przenoszenie oddziaływań elektromagnetycznych Rodziny cząstek

9. Jak zobaczyć cząstkę elementarną? • Cząstek elementarnych nie można zobaczyć, można obserwować jedynie efekty ich oddziaływania z materią. • Metody rejestracji cząstek: • zobaczyć ślad- detektory śladowe- wyznaczenie trajektorii cząstek naładowanych • Pierwsze detektory śladowe polegały na odczycie optycznym: • emulsja fotograficzna • komora Wilsona • komora pęcherzykowa. • W obecnych detektorach odczyt jest elektroniczny.

10. złapać cząstkę-kalorymetry- detektory mierzące energię cząstek przez ich całkowitą absorpcję: • kalorymetry elektromagnetyczne • kalorymetry hadronowe

11. Budowa warstwowa detektorów Detektory, podobnie jak Serek, mają budowę warstwową.

12. Detektory cząstek są elektronicznymi oczami fizyków. • Detektory rejestrują cząstki powstałe w zderzeniach wiązek. • Współczesne detektory są wielkimi, niezwykle złożonymi i czułymi instrumentami.

13. Wielki Zderzacz Hadronów LHC największa i najdroższa na świecie zabawka fizyków

14. LHC- Large Hadron Collider – Wielki Zderzacz Hadronów. • Large- wielki z powodu swoich rozmiarów –obwód w przybliżeniu 27 km. • Hadron-przyspiesza protony i jony ołowiu, które są hadronami. • Collider-zderzacz, ponieważ hadrony tworzą dwie przeciwbieżne wiązki, zderzające się w czterech punktach, w których przecinają się dwa pierścienie akceleratora.

15. Główne zadania LHC: • Model Standardowy nie wyjaśnia początku masy, nie daje odpowiedzi na pytanie, dlaczego jedne cząstki są ciężkie, a inne nie mają masy. Wg teorii Higgsa, cała przestrzeń wypełniona jest polem Higgsa. Cząstki, które przechodząc przez pole Higgsa silnie z nim oddziałują są ciężkie, te, które słabo z nim oddziałują, są lekkie. Pole Higgsa ma cząstkę, tzw. bozon Higgsa. Jeśli bozon ten istnieje , eksperymenty w LHC będą mogły go wykryć. • Obserwacje kosmologiczne i astrofizyczne pokazały, że cała widzialna materia stanowi tylko 4% Wszechświata, 23% to ciemna materia, a 73% to ciemna energia. Prowadzone są badania cząsteczek i zjawisk odpowiedzialnych za ciemną materię i ciemną energię. Najpopularniejsze jest przypuszczenie, że ciemna materia zbudowana jest z nie odkrytych jeszcze cząstek. • LHC maże pomóc w badaniu zagadki antymaterii. W czasie Wielkiego Wybuchu materia i antymateria musiały zostać wyprodukowane w tych samych ilościach, lecz z dotychczasowych obserwacji wiemy, że Wszechświat zbudowany jest tylko z materii. LHC może pomóc znaleźć odpowiedź. • Badanie zderzeń proton- proton oraz ciężkich jonów pozwoli badać eksperymentalnie stan materii zwanej „plazmą kwarkowo- gluonową”, która mogła istnieć na początku Wszechświata. Podczas zderzeń ciężkich jonów tworzą się na chwilę skupiska gorącej materii, które można badać eksperymentalnie.

16. Niektóre dane dotyczące LHC: • Długość obwodu tunelu akceleratora 26 659 m • Średnia głębokość tunelu akceleratora 100 m • Energia protonów w wiązce 7 TeV (energia zmagazynowana w dwóch wiązkach to724 MJ, do stopienia 1 tony miedzi potrzeba 700MJ energii) • Energia jonów w wiązce 2,76 TeV/nukleon • Prędkość protonów w wiązce 0,999999991 c • Liczba protonów w wiązce 2808 paczek x 1011 • Liczba obiegów protonu w akceleratorze na sekundę 11 245 • Liczba zderzeń cząstek 600 mln/s • Liczba rejestrowanych zderzeń 100/s Czas życia wiązki 10 h

17. Kompleks akceleratorów w CERN.

18. Detektory w LHC • Eksperyment ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) • ATLAS (toroidalny detektor LHC) to jeden z dwóch detektorów ogólnego przeznaczenia. W tym eksperymencie badania dotyczą poszukiwań cząstki Higgsa, dodatkowych wymiarów, cząstek tworzących ciemną materię (np. cząstek supersymetrycznych) itp. ATLAS jest największym objętościowo detektorem cząstek, jaki dotąd zbudowano.

19. Eksperyment CMS (Compact Muon Solenoid) • CMS (zwarty solenoidalny detektor mionów) to jeden z dwóch detektorów ogólnego przeznaczenia. W tym eksperymencie, podobnie jak w eksperymencie ATLAS, badania dotyczą poszukiwań cząstki Higgsa, dodatkowych wymiarów, cząstek tworzących ciemną materię (np. cząstek supersymetrycznych) itp. CMS, w przeciwieństwie do innych dużych detektorów w LHC, został zbudowany na powierzchni i następnie w 15 częściach opuszczony do podziemnej hali i ponownie złożony.

20. Eksperyment LHCb (Large Hadron Collider beauty) • LHCb jest eksperymentem poświęconym badaniom mezonów B zawierających kwarki piękne (kwarki b) i pozwoli nam zrozumieć, dlaczego nasz Wszechświat jest zbudowany prawie całkowicie z materii, a nie antymaterii.

21. Eksperyment ALICE (A Large Ion Collider Experiment) • ALICE (eksperyment przy wielkim zderzaczu jonów) jest eksperymentem badającym plazmę kwarkowo-gluonową w zderzeniach jonów ołowiu, co pozwoli odtworzyć w laboratorium warunki tuż po Wielkim Wybuchu, zanim powstały takie cząstki jak proton i neutron.

22. Budowa LHC Podróż 100m pod ziemię . Podróż w tunelu.

23. Uruchamianie LHC 10.09.2008r.

24. 19/09 2008 …poważna awaria

25. Ponowne uruchomienie LHC 20-23.11.2009r.

26. Ale wielkie

27. Edukacja w CERN Czerwiec 2010 Wrzesień 2010 Październik 2010

28. CERN odgrywa coraz większą rolę w popularyzowaniu nauki.

29. Hala technologii akceleratorowych Lewitujący nadprzewodnik

30. Skan oka przed wejściem do akceleratora

31. Podsumowanie • LHC jest największym i najbardziej złożonym urządzeniem na świecie. • Rozwój wysokich technologii , wymaganych w większości badań fizycznych, umożliwia odkrywanie i zrozumienie nowych zjawisk, co prowadzi do powstawania coraz nowszych technologii. • Wiele z opracowanych nowych technologii znajdzie zastosowania w przemyśle i w życiu codziennym. • Badania naukowe w dzisiejszych laboratoriach fizycznych to technika jutra.

32. Dziękuję za uwagę. • W prezentacji wykorzystano materiały : • „ CERN. Często zadawane pytania. Przewodnik po LHC.”Grupa ds. komunikacji. • www.cern.ch • www.wikipedia.org • Fizyka i astronomia. Vademecum maturalne. I. Chełmińska, L. Falandysz Joanna Michałowska Bożenna Kondracka