Presentasjon lastes. Vennligst vent

Presentasjon lastes. Vennligst vent

Maiken Pedersen 15 mars 2011 Partikkelfysikk Å forstå Tid, Rom, Stoff og Energi.

Liknende presentasjoner


Presentasjon om: "Maiken Pedersen 15 mars 2011 Partikkelfysikk Å forstå Tid, Rom, Stoff og Energi."— Utskrift av presentasjonen:

1 Maiken Pedersen 15 mars 2011 Partikkelfysikk Å forstå Tid, Rom, Stoff og Energi

2  Om partikkelfysikk, hvordan vi kan forstå universet basert på helt fundamentale byggestener  Hva CERN er, hva vi gjør der, og hvorfor  Med denne nye kunnskapen skal dere gjøre det vi gjør  Analysere data fra LHC kollisjonene og måle en grunnleggende egenskap ved en partikkel vi kaller Z bosonet

3  Ligger på grensen mellom Sveits og Frankrike  Verdens største forskningssenter  8000 forskere, 55 land, 80 nasjonaliteter  Huser verdens største partikkelakselerator  27 km i omkrets, 100 meter under bakken  Kolliderer protoner ved energier aldri tidligere oppnådd

4  Forsker på elementærpartikler  universets absolutt minste bestanddeler  Prøver å beskrive det aller største, universet,og hvorfor det ser ut som det gjør ved å se på det aller minste  Det vil si, prøver å svare på grunnleggende spørsmål  Hvem er vi  Hvor kommer vi fra  Hvor skal vi Fra det aller største Til det aller minste

5 Ut ifra universets byggestener prøver vi å forstå hvordan alt henger sammen – vi må blande universets ingredienser til akkurat den riktige ”virkelighetsstuingen”  Det vi har til rådighet er materie  Leptoner, kvarker  Krefter  Elektromagnetisme, svake og sterke kjernekrefter  Gravitasjon

6

7  I løpet av 1900 tallet kom kvantefysikken og relativitetsteorien  I tillegg ble en hel rekke nye partikler oppdaget  Først ved kosmiske observasjoner  Deretter i nye partikkelakseleratorer  Ved hjelp av de nye teoriene kunne vi sette de nyoppdagede partiklene i system

8  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 Leptoner Kvarker Materiepartikler Kraftformidlende partikler  Materiepartikler Leptoner – kan kjenne elektromagnetiske og/eller svake kjernekrefter`(lepto gresk for tynn,liten) Kvarker – kjenner elektromagnetiske, svake og sterke kjernekrefter  Krefter og kraftpartikler Elektromagnetiske: Fotonet Svake kjernekrefter: Z og W Sterke Kjernekrefter: gluonet I tillegg har hver partikkel et speilbilde – en antipartikkel

9  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 Leptoner Kvarker Materiepartikler Kraftformidlende partikler  Materiepartikler Leptoner – kan kjenne elektromagnetiske og/eller svake kjernekrefter`(lepto gresk for tynn,liten) Kvarker – kjenner elektromagnetiske, svake og sterke kjernekrefter  Krefter og kraftpartikler Elektromagnetiske: Fotonet Svake kjernekrefter: Z og W Sterke Kjernekrefter: gluonet I tillegg har hver partikkel et speilbilde – en antipartikkel

10  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 Leptoner Kvarker Materiepartikler Kraftformidlende partikler  Materiepartikler Leptoner – kan kjenne elektromagnetiske og/eller svake kjernekrefter`(lepto gresk for tynn,liten) Kvarker – kjenner elektromagnetiske, svake og sterke kjernekrefter  Krefter og kraftpartikler Elektromagnetiske: Fotonet Svake kjernekrefter: Z og W Sterke Kjernekrefter: gluonet I tillegg har hver partikkel et speilbilde – en antipartikkel

11  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

12  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  Nøytrinoet er ansvarlig for at sola brenner!

13  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  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 partikkelakseleratorer

14  Noen av kraftpartiklene er også ustabile og henfaller Z og W (massive) er ustabile, fotonet og gluonet (masseløse) er stabile De henfaller til lettere materiepartikler Dere skal undersøke hvordan Z bosonet henfaller masseløse masse ~ 100*proton masseløse masse ~ 100*proton

15 Er forholdet mellom kreftenes styrke alltid slik? - Nei, det kommer an på hvor du befinner deg! Er forholdet mellom kreftenes styrke alltid slik? - Nei, det kommer an på hvor du befinner deg! Gluoner Graviton ? Bosoner (W,Z) Foton Endring av styrkeforholdet ville gitt en helt annen verden  For eksempel ville ikke protoner kunne eksistert dersom den sterke kjernekraften var svakere enn det elektromagnetiske De 4 naturkreftene bæres av kraftpartikler - bosoner

16  Av alle elementærpartiklene er det bare 3 som kan observeres direkte Elektronet Muonet Fotonet  Resten er enten Så tunge at de henfaller med en gang  vi rekker ikke å observere de Eller kan ikke eksistere i naturen alene  kvarkene  De eksisterer i naturen i form av hadroner  protoner, nøytroner  Disse kan vi observere!  Eller er usynlige for oss  nøytrinoer

17 Et høyenergetisk elektron på kollisjonskurs med … … en kvark, bundet i et proton … en kvark, bundet i et proton  Kraften mellom to kvarker bundet sammen blir sterkere og sterkere jo lengre fra hverandre de blir tvunget  Hvis en kvark kastes ut fra protonet i en høyenergi kollisjon, ser kvarken ut til å være fri en stund Kvarkene er litt spesielle  Energien forvandles etter hvert til mange partikler – ”jets” som vi kan påvises/observeres i detektoren

18 Standardmodellen måtte bekreftes med observasjoner

19  Standardmodellen Den mest presise teorien som noen gang har eksistert Har forutsagt en rekke partikler som siden har blitt eksperimentelt bevist Forklarer hvorfor sola brenner  Vårt moderne liv ville vært utenkelig uten SM (eller kvantefeltteori)  Lasere  Stråleterapi  Din iPod  ….

20  Ser ut som vi forstår verden temmelig godt  Vi kan stort sett forklare hvordan universet henger sammen ved hjelp av en håndfull partikler og krefter  Er det noe mer å lure på da?

21  Vi observerer og måler at noen partikler har masse, og andre ikke  Hvorfor er det slik?  Hvorfor kan vi ikke inkludere gravitasjonskraften i partikkelfysikk teorien vår?  Hvorfor er gravitasjonen så mye svakere enn alle de andre kreftene?  Hvorfor finnes det mer enn en kraft, og hvorfor har de forskjellig styrke?  Vi kjenner bare 4 % av universets bestanddel (!!!)  Resten er mørk materie og mørk energi  Hva er dette, og hvorfor har vi ikke observert det?  Hvorfor eksisterer vi i det hele tatt når vi vet at partikler og antipartikler annihilerer, og at vi må anta at ved Big Bang var det like mye av begge deler?  ……..

22  Standardmodellen er ikke feil, men den er ikke komplett  Smarte fysikere har kommet opp med en rekke ideer på hvordan man kan komplimentere standardmodellen  Slike nye ideer, eller teorier er spesielt interessante dersom de forutsier nye partikler som vi kan observere i et partikkelfysikk- eksperiment - nettopp som ATLAS ved LHC

23  En ny partikkel som kan gi oss et hint om verden følger lovmessigheter utover Standmodellen er en partikkel vi kaller Z´ - altså Zmerket (på engelsk: Zprime)  Z´ har fått dette navnet fordi partikkelen ligner på Z bosonet, men er mye tyngre

24  Men da er verden ganske annerledes enn det vi til nå har trodd:  Vi må da 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 kjernekrefter er forent i en eneste superkraft  Hvordan kan det ha seg at vi ikke ser denne superkraften i vår hverdag?  Superkraften eksisterer bare ved veldig veldig høye energier, som ved Big Bang  Dersom en partikkel som Z´ eksisterer er den et bevis på et helt ny type vekselvirkning mellom partikler, og dermed også en helt ny type kraft!  Z´ dukker for eksempel opp i en teori som løser nesten alle problemene i dagens Standardmodel (!!)

25  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!  Hva er en partikkels egenskaper?  Masse  Elektrisk ladning  …  I dag skal dere lære hvordan dere finner det ”vanlige” Z bosonet i partikkelkollisjoner  Jakten på Z´ er helt identisk!

26  At universet kan forklares ut fra en rekke elementærpartikler og krefter som virker mellom de  At all vanlig materie er bygget opp av  opp og ned kvarker og elektroner  At ved høyenergiske kollisjoner enten fra kosmisk stråling, eller i partikkeleksperimenter kan vi gjenskape partikler som fantes like etter Big Bang  At tunge partikler raskt henfaller til lettere partikler  Som for eksempel Z bosonet som kan henfalle til blant annet et elektron-antielektron par eller et muon-antimuon par  At partikkelfysikken har gitt oss den moderne verden vi lever i  At det fortsatt er mange uløste spørsmål igjen å svare på Det er med andre ord jobb igjen til dere!!

27

28  Skalarfelt  Betyr at feltet ikke har retning, at i hvert punkt i rommet har feltet kun en verdi  Elektromagnetisk og gravitasjonsfeltet har retning  Higgsfeltet er ikke en egen kraft som elektromagnetisme eller sterke kjernekrefter  Higgsfeltet kommer inn som en ”forstyrrelse” av vakum, og skaper et symmetribrudd  Den opprinnelige symmetrien består i at alle partiklene er masseløse  Higgs feltet bryter denne symmetrien og gir masse til noen partikler (for eksempel Z, W, kvarker og leptoner) mens den lar andre partikler forbli masseløse (f eks gluonet, fotonet)  Symmetribrudd i vår makroskopiske verden  Superkonduktivitet

29  Higgs bosonet er eneste partikkelen i Standard modellen som ikke er observert  Hvorfor så viktig?  Modellen er basert på denne partikkelen  Uten Higgs feltet ville alle partiklene vi observer være masseløse, men vi kan måle at de har masse, og da må teorien vår kunne beskrive dette

30  Higgs feltets ”ladning” er masse  Jo mer en partikkel merker Higgs feltet, jo tyngre er det  Masseløse partikler merker ikke Higgs feltet  SM kan beskrive dette matematisk  Universet badet i et Higgs felt  Higgsfeltet :vakuum er ikke tomt!  Partikler får masse ved å bevege seg gjennom Higgs feltet

31  Hvert felt har en partikkel knyttet til seg På tilsvarende måte som fotonet er knyttet til elektromagnetisme er Higgs bosonet knyttet til Higgs feltet Men Higgs feltet er ikke en egen kraft  Hvorfor har vi ikke oppdaget Higgs bosonet, slik vi har oppdaget fotonet, gluonet og Z og W bosonet?  Vår forklaring er at den må være tyngre enn energien tidligere eksperimenter har oppnådd  SM har vært så presis at det blir en overraskelse hvis vi ikke finner Higgs bosonet  Dette kan enten bety at Higgs bosonet ikke finnes  Da må vi finne en annen forklaring!!  Eller at den er ”umulig” å finne

32  Standard Modellen fungerer veldig godt på de energiskalaene vi foreløpig har hatt til rådighet, slik som Newtons lover fungerer veldig godt til å beskrive planeters bane, men ikke hva som skjer i en partikkelkollisjon  Når vi går til enda høyere energier, eller ønsker å kikke enda lenger tilbake i tid (nær Big Bang) strekker ikke Standard Modellen til  Vi må utvide Standard Modellen  Kanskje Supersymmetri kan løse mørk-materie problemet?  Kan vi forene den sterke kjernekraften med elektrosvak kraft?  Kan vi forene gravitasjon og de andre kreftene til en kraft  LHC er bygget for å oppdage nye fenomener, vi søker etter helt ukjente ting, hva vi finner vet vi enda ikke  men naturen er fasiten


Laste ned ppt "Maiken Pedersen 15 mars 2011 Partikkelfysikk Å forstå Tid, Rom, Stoff og Energi."

Liknende presentasjoner


Annonser fra Google