Presentasjon lastes. Vennligst vent

Presentasjon lastes. Vennligst vent

Program. 07.07.2014Eirik Gramstad (UiO)2 PARTIKKELFYSIKK 3 Læren om universets minste byggesteiner.

Liknende presentasjoner


Presentasjon om: "Program. 07.07.2014Eirik Gramstad (UiO)2 PARTIKKELFYSIKK 3 Læren om universets minste byggesteiner."— Utskrift av presentasjonen:

1 Program

2 Eirik Gramstad (UiO)2

3 PARTIKKELFYSIKK 3 Læren om universets minste byggesteiner

4 Vi skal lære  om partikkelfysikk og hvordan vi kan forstå universet basert på helt fundamentale byggesteiner Eirik Gramstad (UiO)  med ny kunnskap om hvordan universet er bygget opp skal dere gjøre det vi gjør, nemlig analysere data fra kollisjoner ved LHC og…  … måle en grunnleggende egenskap blant annet ved en partikkel vi kaller Z bosonet  … lære metoder for å lete etter nye og ukjente partikler

5  elementærpartikler er  det enkleste av det enkle, fundamentale  kan ikke deles opp i mindre deler  hvorfor forske på elementærpartikler?  vil forstå hvordan universet er bygget opp  partikkelfysikk er nøkkelen til å finne ut av… ... hva universet består av ... hvordan alt startet ... hvordan alt vil utvikle seg Eirik Gramstad (UiO) Elementærpartikler

6 Kvantefysikken beskriver partiklenes verden  ble først kjent på begynnelsen av 1900-tallet  revolusjonerende teori – partikkelverden er ikke som vår vanlige makroverden!  partiklene fulgte statistiske lover, hvor utfallet i en eller annen gitt prosess ikke kunne forutsies eksakt, men kun gjennom sannsynligheter!  ut ifra universets ulike byggesteiner prøver vi å forstå hvordan alt henger sammen  vi må sette sammen universets biter på den riktige måten  det vi har til rådighet er 1.materie  leptoner og kvarker 2.krefter  elektromagnetisme, svake og sterke kjernekrefter  gravitasjon Eirik Gramstad (UiO) Å lage et univers

7 Leptoner Kvarker Materiepartikler Kraftformidlende partikler Standardmodellen tar form partikkelfysikkens periodetabell  på 1970-tallet begynner en modell å ta form  standardmodellen for partikkelfysikk  man kunne matematisk beskrive de forskjellige elementærpartiklene og kreftene som virker mellom dem Eirik Gramstad (UiO)

8 Leptoner Kvarker Materiepartikler Kraftformidlende partikler  på 1970-tallet begynner en modell å ta form  standardmodellen for partikkelfysikk  man kunne matematisk beskrive de forskjellige elementærpartiklene og kreftene som virker mellom dem Eirik Gramstad (UiO)  materiepartikler  leptoner – kan kjenne elektromagnetiske og/eller svake kjernekrefter`(lepto gresk for tynn, liten)  kvarker – kjenner elektromagnetiske, svake og sterke kjernekrefter Standardmodellen tar form partikkelfysikkens periodetabell

9 Leptoner Kvarker Materiepartikler Kraftformidlende partikler Standardmodellen tar form partikkelfysikkens periodetabell  på 1970-tallet begynner en modell å ta form  standardmodellen for partikkelfysikk  man kunne matematisk beskrive de forskjellige elementærpartiklene og kreftene som virker mellom dem Eirik Gramstad (UiO)  materiepartikler  leptoner – kan kjenne elektromagnetiske og/eller svake kjernekrefter`(lepto gresk for tynn, liten)  kvarker – kjenner elektromagnetiske, svake og sterke kjernekrefter  krefter og kraftpartikler (bosoner)  elektromagnetiske: fotonet  svake kjernekrefter: Z, W + og W -  sterke kjernekrefter: gluonet

10 Leptoner Kvarker Materiepartikler Kraftformidlende partikler Standardmodellen tar form partikkelfysikkens periodetabell  på 1970-tallet begynner en modell å ta form  standardmodellen for partikkelfysikk  man kunne matematisk beskrive de forskjellige elementærpartiklene og kreftene som virker mellom dem Eirik Gramstad (UiO)  materiepartikler  leptoner – kan kjenne elektromagnetiske og/eller svake kjernekrefter`(lepto gresk for tynn, liten)  kvarker – kjenner elektromagnetiske, svake og sterke kjernekrefter I tillegg har hver partikkel et speilbilde – en antipartikkel  krefter og kraftpartikler (bosoner)  elektromagnetiske: fotonet  svake kjernekrefter: Z, W + og W -  sterke kjernekrefter: gluonet

11 Materiepartiklene  all vanlig materie består av  opp (up) og ned (down) kvarker i tillegg til elektroner  atomer – og dermed dere - er bygget opp av nettopp dette  nøytrinoet sørger for at en type materie kan forvandles til en annen Eirik Gramstad (UiO)

12 Materiepartiklene  all vanlig materie består av  opp (up) og ned (down) kvarker i tillegg til elektroner  atomer – og dermed dere - er bygget opp av nettopp dette  nøytrinoet sørger for at en type materie kan forvandles til en annen Eirik Gramstad (UiO)  I tillegg eksisterer tyngre varianter av kvarkene og leptonene  disse er ustabile (bortsett fra nøytrinoene) - de går raskt over til en annen lettere partikkeltype – de ”henfaller”  fantes like etter Big Bang – i dag sees de bare i kosmisk stråling og i partikkelkollisjoner

13  kraftpartiklene kan også henfalle  Z og W ± (massive) er ustabile, fotonet og gluonet (masseløse) er stabile  de ustabile kraftpartiklene henfaller til lettere partikler - materiepartikler masseløse masse ~ 100*proton masseløse masse ≈ 100*proton Eirik Gramstad (UiO)

14  standardmodellen gir oss en veldig god forståelse for hvordan naturen er bygget opp  vi kan stort sett forklare hvordan universet henger sammen ved hjelp av en håndfull partikler og krefter  men standardmodellen kan ikke være den endelige teorien  det er fortsatt en del uløste mysterier Eirik Gramstad (UiO) Standardmodellen

15 Uløste mysterier  hvorfor kan vi ikke inkludere gravitasjonskraften i standardmodellen?  hvorfor er gravitasjonen så mye svakere enn alle de andre kreftene?  hvorfor finnes det mer enn en kraft, og hvorfor har de forskjellig styrke?  standardmodellen beskriver bare 4 % av universets bestanddeler  resten er mørk materie og mørk energi  hva er dette, og hvorfor har vi ikke observert det?  hvorfor eksisterer vi i det hele tatt?  vi vet at partikler og antipartikler annihilerer  vi antar at det var like mye av begge deler ved Big Bang  hvorfor er vi blitt til overs?  hvorfor er det slik at noen partikler har masse, og andre ikke?  + enda flere spørsmål … Eirik Gramstad (UiO)

16 Vi må se utover standardmodellen  standardmodellen er ikke feil, men den er heller ikke komplett  smarte fysikere har kommet med en rekke ideer til hvordan man kan utvide standardmodellen  men for å kunne bekrefte nye teorier må vi utføre eksperimenter  dersom teorien forutsier en ny partikkel må vi bygge eksperimenter for å observere de  nettopp dette er grunnen til at vi har bygget ATLAS ved LHC Eirik Gramstad (UiO)

17 Eksempel på nye teorier Z’-partikkelen  Z-merket (på engelsk Z prime) er en hypotetisk partikkel  den dukker opp i en håndfull (ubekreftede) teorier som supplerer standardmodellen  oppdages en Z’ kan det være bevis på at det finnes noe mer enn standardmodellen der ute i naturen  Z’ har fått dette navnet fordi partikkelen ligner på standardmodellens kjente Z boson, men er mye tyngre Eirik Gramstad (UiO)

18 Hvorfor trenger vi Z´ ?  men da er verden ganske annerledes enn det vi til nå har trodd  vi må leve i en 10-dimensjonal verden hvor all materie er bygget opp av såkalte superstrenger  alle de 4 kreftene vi kjenner : gravitasjon, elektromagnetisme og de svake og sterke kjernekreftene er forent i én eneste superkraft  …, men ingen Z’ har så langt blitt funnet ved noen partikkeleksperiment  dersom en partikkel à la Z’ eksisterer er den et bevis på et helt ny type vekselvirkning mellom partikler, og dermed også en helt ny type kraft! Eirik Gramstad (UiO)

19 Den siste biten i standardmodellen Higgs-partikkelen (H)  standardmodellens mekanisme for å gi masse til elementærpartikler innebærer at det er ett felt til i naturen: Higgs-feltet  for å kunne oppdage feltet trenger vi en partikkel: Higgs-partikkelen (Higgs- bosonet)  inntil nylig var ikke denne partikkelen oppdaget enda  men 4. juli 2012 annonserte de to store eksperimentene på CERN (CMS og ATLAS) at de hadde funnet en partikkel som lignet veldig!  masse : 126 GeV Eirik Gramstad (UiO)  nå er det endelig bevist at det er Higgs-partikkelen som er oppdaget og dermed også at Higgs-feltet eksisterer

20 Dersom vi leter etter nye partikler – hvordan vet vi at de er nye?  ganske enkelt prinsipp:  vi må kjenne egenskapene til partiklene vi allerede vet eksisterer  dersom vi observere en partikkel som ikke passer inn har vi oppdaget noe nytt!  hvilke egenskaper har partiklene?  eksempler er:  masse  elektrisk ladning  i dag skal dere lære hvordan dere finner både kjente og ukjente partikler  J/Psi og Upsilon - partikler som henfaller på samme måte som Z  Z’ - nesten helt identisk som Z (IKKE OPPDAGET ENDA!!)  Higgs - henfaller på en annen måte, men kan finnes ved samme teknikk Eirik Gramstad (UiO)

21 Observasjon av elementærpartikler  av alle elementærpartiklene er det bare 3 som kan observeres direkte  elektronet  muonet  fotonet Eirik Gramstad (UiO)  resten er enten 1.så tunge at de henfaller med en gang og vi rekker ikke å observere de 2.kan ikke eksistere i naturen alene  kvarkene – eksisterer i naturen i form av hadroner, (f.eks. protoner, nøytroner)  kan observeres 3.eller er usynlige for oss  nøytrinoer

22 Hvordan finne partikler som henfaller?  proton-kollisjonene i LHC kan produsere veldig tunge partikler som f.eks. Z bosonet, et Higgs boson, eller helt nye, hittil ukjente partikler  LHC kalles ofte for et ”tidsmikroskop” fordi den bringer oss tilbake til tilstander som eksisterte rett etter Big Bang.  tunge partikler er en utfordring:  de henfaller gjerne umiddelbart (de er ustabile)  men ved å kjenne til reglene for henfall – altså hvilke partikler de henfaller til – kan vi regne oss frem til hva som opprinnelige var der!  regelboka: standardmodellen (eller andre nye teorier)  detektoren registrerer henfallsproduktene – da har vi det vi trenger!  det er akkurat dette detektivarbeidet dere skal gjøre i dag  mer etter pausen! Eirik Gramstad (UiO)

23 Dere skal i dag bruke ekte data fra LHC og ATLAS og finne standardmodell-partikler – og kanskje noe mer? Eirik Gramstad (UiO)


Laste ned ppt "Program. 07.07.2014Eirik Gramstad (UiO)2 PARTIKKELFYSIKK 3 Læren om universets minste byggesteiner."

Liknende presentasjoner


Annonser fra Google