Bland partiklar och tunga joner - om forskningen vid CERN

1. Bland partiklar och tunga joner - om forskningen vid CERN Vad har vi lärt oss? Vilka är frågorna idag? Hur söker vi svaren? RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

2. De minsta byggstenarna à là Standardmodellen <1 1,5 174 <1 <1 5 1,8 0.1 0.0005 Tredje familjen Första familjen Andra familjen upp charm topp Kvarkar ner sär botten tau elektron muon Leptoner t-neutrino e-neutrino m-neutrino + antipartiklar för alla partiklarna RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

3. Partikelfysikens och kosmologins Standardmodeller beskriver Universums utveckling 15 miljarder år 5 miljarder år 1 miljard år 1013 sek = 300000 år 100 sek 10-10 sek Hit når LHC 10-34 sek 10-43 sek RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

4. Några viktiga frågor: • Varför har partiklarna massa? • Varför domineras universum av materia? eller Vart tog antimaterian vägen? • Vad består universums mörka materia av? • Finns det extra dimensioner? • Kan vi skapa kvark-gluon-plasma? RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

5. Hur får partiklar massa i Standardmodellen? - + + + - Higgsfältet finns överallt - om det finns… - + + + Jämför med ljus som passerar genom glas! I ett material, t.ex. glas, går ljuset långsammare än i luft Ljuset får en ”tröghet” i glaset genom att växelverka med glasets laddade smådelar. Trögheten kan ses som massa. Rörelse-energi = Rörelse-energi och massa (E = mc2) En partikel får “tröghet” - massa- genom att växelverka med fältet! Om Higgsfältet finns så finns en Higgspartikel som vi kommer att upptäcka vid LHC!! RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And + + + +

6. e- e+   ANTIMATERIA • Varje kvarkoch lepton har sin antikvark respektive antilepton. • Partikel och antipartikel förintar varandra. • Enligt Big Bang teorin skapades universum symmetriskt - lika mycket materia som antimateria. • Varför har inte allt förintats? Varför finns vi - bara materia - kvar i universum? • Vi har mätt en liten asymmetri mellan materia och antimateria - men det tycks för liten! • Vid LHC kan vi göra noggranna mätningar av asymmetrien I andra partikelsystem. RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

7. Vad består Universum av? • Mörk materia - ca 23%. Vi vet inte vad den består av! Supersymmetri?? Om supersymmetri finns har varje partikel en “skugga”. Den lättaste “skuggan” (ganska tung…) kan vara stabil och utgöra mörkmateria. • Mörk energi - någon totalt okänd form av energi som får universums expansion att accelerera. • Atomer - “vanlig” materia - ca 4%. Beskrivs av Standardmodellen. I så fall hittar vi den vid LHC!! RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

8. Gravitationen svår att beskriva med kvantteori! • Bästa försöket - supersträngar - kräver SUSY och “extra dimensioner”, 11 stycken! • Varför är gravitationen så svag jämfört med de andra naturkrafterna? Den kanske inte är så svag! Den kanske läcker ut till “extra dimensioner” som vi inte kan uppfatta? • Om gravitationen inte är så svag, kanske minimala svarta hål kan skapas och upplösas vid LHC? RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

9. För att söka svaren behöver vi LHC - Large Hadron Collider • Partiklar ska kollidera vid hög energi så att vi kan skapa tunga nya partiklar, E=mc2. • Proton-proton kollisioner vid en energi av 14 TeV - världsrekord med en faktor 7! • Blykärnekollisioner vid en energi av 1150 TeV. Vi behöver många kollisioner så att vi kan studera även sällsynta partiklar. • 40 millioner kollisoner per sekund! LEP/LHC (27 km) SPS (7 km) Ska börja köra 2007. RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

10. Vi behöverdetektorer för att se spåren av de nya tunga partiklarna. ATLAS, en detektor som kan mäta “allt” KTH • ett samarbete mellan nästan 2000 fysiker från ca 150 institutioner i hela världen • 7000 ton, 44 m lång, 22 m diameter • vissa element skall positioneras med en precision bättre än 100 m Uppsala, Lunds univ. Stockholms univ. RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

11. ATLAS jämförd med 6-våningshus RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

12. Hur kan vi “se” Higgspartikeln i ATLAS? Higgspartikeln kan sönderfalla till 2 Z-partiklar, som i sin tur sönderfaller till 4 elektroner/positroner, vars spår vi ser i spårdetektorn och elektromagnetiska kalorimetern. RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

13. ALICE Detektorn vid LHC - specialbyggd för att studera blykärne-kollisioner Söker ett nytt materietillstånd, det s.k. Kvark-Gluon Plasmat. Detta nya tillstånd var rådande till några mikrosekunder efter Big Bang. En utmaning - 84210 partiklar har bildats i kollisionen! Lunds universitet bidrar till spårdetektorn. RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

14. Spännande framtid… • Vi ser med spänning och förväntan fram mot att få analysera data från kollisioner i LHC! • Vem vet hur vår världsbild kan komma att förändras… RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And