Particle Physics and Experiments

1. Particle Physics and Experiments Sunghyun Kim High-energy physics Lab., Dept. of physics, Hanyang University

2. Contents • Introduction to Particle Physics • High-Energy Physics : Accelerators • HEP Laboratory • TA Experiments • Belle Experiments

3. Fundamental Structure of Matter Atom Nucleus

4. Fundamental Particles

5. Forces in nature • 전기, 자기, 화학에너지, • 마찰력, 빛, 레이저, … • 핵력, 중성미자, 원자력, 핵폭탄, • 핵융합, 핵의학, … • 사과의 낙하, 포탄, 항공, • 태양계, 은하, 우주 • Electro- • magnetism • Weak • interaction • Strong • interaction • Gravitation

7. HEP =? Particle Physics • Particle physics experiments: • collide particles to • produce new particles • reveal their internal structure and laws of their interactions by observing regularities, measuring cross sections,... • colliding particles need to have high energy • to make objects of large mass • to resolve structure at small distances • to study structure of small objects: • need probe with short wavelength: use particles with high momentum to get short wavelength • remember de Broglie wavelength of a particle  = h/p

8. Natural Accelerator: Cosmic Ray

9. Kinds of Accelerators • 강입자 가속기 • 전자 가속기 • 희귀 동위원소 중이온 가속기 • 방사광 가속기 • 기본입자 발견 • 새로운 물질 발견 • 입자의 성질 • 정밀측정 • 새로운 핵종 발견 • 새로운 물질 발견 • 물성연구 • - 유럽 LHC (~10 TeV) • - 미국 RHIC • - 미국TEVATRON • - 일본 J-PARC • - 일본 RIBF • - 독일 FAIR • - 미국 FRIB • - 유럽 EURISOL • -일본 KEKB (~10 GeV) • - 미래의 ILC • -포항가속기 • - 미국 APS • - 일본 Spring-8

11. Introduction to HEP Lab. 천 병 구 교수님 신 복 균 석박사과정 고 영 문 박사과정 김 성 현 석박사과정 이 인 수 석박사과정

12. HEP Lab. • 소립자, 즉 작은 크기의 입자들(e, μ, π, K, p)의 상호작용 및 내부 구조를 들여다 보기 위해 필요한 높은 에너지를 가진 물질파를 이용한 실험 • 큰 규모의 재원과 인력이 필요한 실험이라 몇 백명 단위의 공동 연구로 진행됨. • TA (Telescope Array)실험 : • 물질파: 우주에서 날아오는 미립자&방사선등의 우주선(cosmic ray) • 에너지 > 1017.5eV • Belle & Belle2 실험 : • 물질파: 전자(e) • 에너지 ≃ 1010eV

13. HEP lab. High energy physics (particle physics) Cosmic ray physics (astrophysics) • One of our lab. activities at Belle experiment • A study of charmless hadronic two-body B decays at Belle • search for CPV • test KM model(standard model) • search for physics beyond standard model

14. TA실험 Middle Drum • 목표 : GZK cutoff를 유무를 증명하는 실험, 이전 AGASA vsHiRes실험들 검증,더 나아가 새로운 물리학의 중요한 열쇠 • 측정 : 에너지 스펙트럼, 입자의 방향과 구성 • 실험장소 : 미국 유타주 사막 GZK cutoff :우주선은 절대 5x1019eV를 넘을 수 없다 Black Rock Mesa Long Ridge

15. Belle & Belle2 실험 • 목표 : 물질&반물질에 대한 물음을 갖고 CP대칭성 깨짐을 연구 • 결과 : 2008년 고마야시&마스가와노벨물리학상 Analysis DATA Belle 검출기 • Belle2 : 2015년쯤 가동될 예정.약 40배정도 많은 데이터와 향상된 성능의 검출기로 표준모형과 아직 밝혀지지 않은 입자물리 현상을 더욱 정확하게 검증할 것으로 기대. 일본 츠쿠바시KEK 연구소

16. Summary • 자연을 구성하는 가장 작은 입자는 • 물질을 구성하는 Quark & Lepton • 힘을 매개해주는 Force Carrier Boson • 질량을 결정해주는 Higgs Boson(미발견) • 입자물리학은 곧 고에너지 물리학이라고도 한다. • 소립자의 구조와 상태를 보기 위해서는 매우 큰 에너지를 이용하여야 하며 이를 위해 가속기를 사용한다. • 한양대 고에너지물리 연구소에서는 TA 실험과 Belle 실험에 참여한다. • TA 실험은 우주선 측정을 통한 GZK cutoff를 유무를 증명하는 실험 • Belle 실험은 B meson을 이용한 CP 대칭성 깨짐에 대한 연구

17. Thank you!