1 / 40

Spored

Od tod do večnosti O fiziki nasploh, posebaj pa še o tem, zakaj je v vesolju zelo zelo malo anti-materije Peter Križan Fakulteta za matematiko in fiziko Univerza v Ljubljani in Institut Jožef Stefan. Spored. Kaj počnejo fiziki? O študiju fizike Raziskave v fiziki osnovnih delcev.

francis-frye
Download Presentation

Spored

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Od tod do večnostiO fiziki nasploh, posebaj pa še o tem, zakaj je v vesolju zelo zelo malo anti-materijePeter KrižanFakulteta za matematiko in fizikoUniverza v LjubljaniinInstitut Jožef Stefan Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  2. Spored • Kaj počnejo fiziki? • O študiju fizike • Raziskave v fiziki osnovnih delcev Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  3. Kaj je pravzaprav fizika? Fizika je veda za radovedne. Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  4. Zanima nas na primer: • Kako niha prostoviseča vrv? • Kako za oviro v toku nastanejo vrtinci? Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  5. Zanima nas na primer: • Kaj se dogaja s kapljico, ki pade v tekočino? Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  6. Zanima nas na primer: • Kaj se dogaja z elektronom v kvantnem loncu? • Kakšno je bilo vesolje sekundo po nastanku? • Kakšne so sile med osnovnimi delci? • Zakaj so supraprevodniki supraprevodni? Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  7. Kaj se je zgodilo pri preletu nadzvočnega reaktivca? Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  8. Zanima nas na primer: • Kako izmerim pospešek v letalu? • Kako sestavim aparaturo, ki bo zajemala podatke iz senzorjev, in na podlagi rezultata usmerjala proces? • Kako slikati notranjost človeškega telesa? • Kako v pospeševalniku pospešimo nabite delce, kako zaznamo reakcijske produkte interakcij med osnovnimi delci? • Ali znamo narediti chip iz nanocevk? Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  9. Kako poteka študij? • Predavanja: spoznamo se z novo snovjo • Vaje: snov ponazorimo s primeri, prediskutiramo odprta vprašanja s predavanj Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  10. Kako poteka študij? • Praktikumi: sami naredimo poskus, ga analiziramo in ga povežemo s snovjo na predavanjih. • Naučimo se načrtovati meritev, pospraviti podatke in jih obdelati. Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  11. Kako poteka študij? • Računski praktikumi: zapletene pojave obravnavamo z matematičnimi orodji • Primer: nihanje prostoviseče vrvi (rezultat domače naloge) Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  12. KAM PO ŠTUDIJU? Raziskovalni laboratoriji (univerze in inštituti) Nadalnji študij (mag, dr) - doma - v tujini Industrijski laboratoriji fizikalne vede naravoslovje Računalništvotehnika DIPLOMAekonomija InformatikaNA ODDELKUokoljeZA FIZIKO Državna uprava Medicinski laboratoriji Podjetništvo Šole Management Finančništvo Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  13. KAM PO ŠTUDIJU? Fiziki smo na dobrem glasu, da lahko po končanem študiju počnemo marsikaj. Eden od direktorjev Siemensa je v intervjuju izjavil: V službo najraje jemljem fizike. Ti so se pri svojem študiju in raziskovalnem delu soočili s problemi, za katere niso obstajale standardne rešitve, in so jih premagali. Nekako takšni so kot mačke, zmeraj pri padcu pristanejo na nogah. Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  14. DELCIinSILE,urejeni poNADSTROPJIH Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  15. Sile med osnovnimi delci: izmenjava nosilcev sile Drsalca na ledu, ki si podajata žogo, se oddaljujeta eden od drugega. Če je žoga težka, si jo lahko podajata le na kratko razdaljo. Osnovni delci sodelujejo (interagirajo) med sabo preko nosilcev sile (interakcije) Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  16. Standardni model 1 Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  17. Standardni model 2 Vsak ima delec svoj anti-delec: Kvarku u ustreza anti-kvark u Elektronu e-ustreza pozitron e+ _ Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  18. Barioni in mezoni: vezana stanja kvarkov in antikvarkov Barioni: proton: uud, nevtron: udd Mezoni: masa p+: kvark u + antikvark d 1/7 mp K+: kvark u + antikvark s 1/2 mp KS: kvark d + antikvark s 1/2 mp f : kvark s + antikvark s 1.1 mp J/y : kvark c + antikvark c 3 mp B0 : kvark d + antikvark b 5.5 mp _ _ _ _ _ _ Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  19. Odprta vprašanja fizike osnovnih delcev in kozmologije Fiziko na zelo majhnih in na zelo velikih razdaljah zanimajo odgovori na podobna vprašanja: • meritev kršitve simetrije CP med delci in anti-delci •  iskanje Higgsovega bozona •  meritev mase nevtrinov • Zakaj je v vesolju predvsem snov, anti-snovi pa je le za vzorec? • Odkod imajo delci maso? • Kaj je nevidni del mase v vesolju? Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  20. Simetrija CP Simetrijska operacija CP: pretvori delec v anti-delec Če se delec in anti-delec ne obnašata vedno enako – torej če na primer različno razpadata, je to kršitev simetrije CP. Ker je bilo ob nastanka vesolje sestavljeno iz enakega števila delcev in anti-delcev, danes pa je sestavljeno skoraj izključno iz snovi(=delcev), in ne iz anti-snovi, je ta simetrija očitno kršena! Zelo pomebno: razumeti kako in zakaj je ta simetrija kršena. Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  21. Meritev kršitve CP pri mezonih B Kako izmeriti kršitev CP pri mezonih B? Najprej jih moramo ustvariti: uporabimo reakcijo pri trku elektrona in pozitrona z dovolj veliko energijo: e- e+  B0 B0 Nato počakamo, da eden od obeh B0 razpade v stanje, za katero vemo, kakšna je njegova CP parnost (torej kako se obnaša pri simetrijski operaciji CP). Primer takega stanja je razpad B0 J/y KS , razpadna produkta pa naprej razpadeta: J/ym-m+ inKSp- p+ Izmerimo, kje se je to zgodilo, in ugotovimo, ali je v J/y KS razpadelB0ali njegov anti-delecB0. _ _ Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  22. Trkalnik KEK-B in detektor Belle v Tsukubi Tsukuba-san Belle KEKB ~premer 1 km Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  23. Belle detector Ares RF cavity e+ source Trkalnik KEK-Bpospešuje elektrone in pozitrone do trka Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  24. Kako pospešujemo nabite delce? • Pospeševanje z elektromagnetnim valovanjem (tipična frekvenca 500 MHz – mobilni telefoni delujejp pri 900 oz. 1800 MHz) elektron Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  25. Spektrometer Belle Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  26. Detektor verteksov • Eden bistvenih elementov detektorja je detektor verteksa, točke, kjer je mezon B razpadel. • Zelo občutljiv kos aparature iz 300mm debelih silicijevih plošč z gosto nanešenimi elektrodami: natančnost meritve mesta preleta nabitega delca: 10 mm! Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  27. Spektrometer Belle in del raziskovalne skupine Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  28. S potrpežljivim merjenjem, dan in noč, nekaj let... Kontrolna soba eksperimenta Belle: nadzor na vsemi komponentami detektorja, prenosom in shranjevanjem podatkov Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  29. Kaj izmerimo z detektorjem? • sledi nabitih delcev v magnetnem polju (polmer kroga je odvisen od gibalne količine delca) • koordinate točke, od koder sledi izhajajo • dodatne podatke o identiteti delca B0 --> KSJ/y KS--> p- p+ J/y--> m-m+ Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  30. Rezultat meritve: CP je kršena! Razlika med delci in antidelci: Modra: časovni potek razpada anti-B Rdeča: isto za B Razlika med obema porazdelitvama Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  31. Izboljšava aparature:sistem za identifikacijo nabitih delcev Delce identificiramo po njihovi masi. Kako določiti maso brez tehtanja? Iz zveze med gibalno količino in hitrostjo: p=mv Ločeno izmerimo • gibalno količino p (ukrivljenost tira v magnetnem polju) • hitrost v (velikost kota Čerenkova)  Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  32. Fronta pri nadzvočnem letu c/v = cosq Na sliki: kot 52o, v = c/cosq = 340m/s / cos 52o = 552m/s Iz kota fronte določimo hitrost krogle! Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  33. Sevanje delca, ki leti hitreje od svetlobne hitrosti v sredstvu Nabiti delci s hitrostjo v>c/n, sevajo: sevanje Čerenkova*. Ponovno: c/v = cosq Iz kota, pod katerim je izsevanasvetloba, določimo hitrost delca. * P.I. Čerenkov, Nobelova nagrada 1958 Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  34. Meritev kota Čerenkova Nabit delec prečka sredstvo z lomnim količnikom n, seva svetlobo Čerenkova, to pa zaznamo z detektorji (fotopomnoževalkami). Smer sevanja (fotonov) določimo iz znane točke izseva in izmerjene točke detekcije. Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  35. Meritev kota Čerenkova čitalna elektronika fotopomnoževalke sevalec – aerogel pionski žarek S. Korpar pri meritvi v testnem žarku v KEK Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  36. Meritev kota Čerenkova Primeri dogodkov, kot jih zaznajo fotopomnoževalke ob preletu nabitega delca. Polmer kroga  Čerenkov kot Zadetek v središču kroga: Čerenkovi fotoni, ki jih nabit delec izseva v oknu fotopomnoževalke. Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  37. Izboljšana različica detektorja Belle: Super-Belle Aerogel RICH Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  38. Zakaj take raziskave? • Fundamentalna vprašanja povezana z razvojem vesolja – presenetljivo, da je v vesolju kmalu po njegovem nastanku ostalo ravno toliko snovi, da je je tudi za nas dovolj... • Vzgoja strokovnjakov, ki se lahko zelo dobro znajdejo v novih pogojih; doktoranti in diplomanti iz naše raziskovalne skupine so med drugimi: podjetnik na področju telekomunikacij, direktor največje slovenske zavarovalnice, profesor na Princetonu... • Spin-off: prenos tehnologij, ki so potrebne za izvedbo poskusov, na druga področja, n.pr. v industrijo in v medicinsko diagnostiko. Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  39. Zakaj take raziskave? Spin-off v medicinsko diagnostiko • Uporaba detektorjev, ki smo jih razvili za naše poskuse • Uporaba metod za rekonstrukcijo slike iz podatkov, zaznanih na detektorju Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

  40. Zaključek • Fizika je veda za tiste, ki jih zanima svet okoli nas, in za tiste, ki bi radi delali na področju tehnike z globljim predznanjem. • Zlepa ne bomo ostali brez odprtih vprašanj... • Če vas zanima kaj več, se oglasite: peter.krizan@ ijs.si, +386-41-709338. Zvezna gimnazija in zvezna realna gimnazija za Slovence, Celovec

More Related