Evropské laboratoři fyziky částic CERN je 50 let

Save this PDF as:
 WORD  PNG  TXT  JPG

Rozměr: px
Začít zobrazení ze stránky:

Download "Evropské laboratoři fyziky částic CERN je 50 let"

Transkript

1 Evropské laboratoři fyziky částic CERN je 50 let Jiří Chýla, Fyzikální ústav AV ČR Na přelomu září a října letošního roku uplyne právě půl století od dvou událostí, které rozhodujícím způsobem ovlivnily následující rozvoj fyziky elementárních částic v celosvětovém měřítku. Nejdříve, 29. září 1954, bylo založena Evropské středisko pro jaderný výzkum 1 CERN. O dva dny později, tedy 1. října, publikovali v časopise Physical Review dva mladí američtí teoretici Chen Ning Yang a Robert Mills práci, jež položila teoretické základy pro popis zákonitostí mikrosvěta, tak jak je známe dnes v rámci tzv. standardního modelu (SM). Jeho základní rysy jsou nastíněny v rámečku 2. Tyto dvě události spolu velmi úzce souvisí, neboť převážná část nejdůležitějších objevů učiněných za uplynulé půl století v CERN se týkala právě experimentálního potvrzení správnosti základních rysů SM, a tedy podstaty práce Yanga a Millse. Počátky S myšlenkou založit laboratoř, která by v poválečné Evropě vytvořila podmínky k efektivní spolupráci ve vědě, přišel již v roce 1949 na konferenci o vědě v Lausanne laureát Nobelovy ceny za fyziku a jeden ze zakladatelů kvantové teorie Louis de Broglie. Jeho návrh byl dále podpořen na 5. generální konferenci UNESCO v roce 1950 a po dalších dvou letech se 11 evropských států dohodlo vytvořit provizorní Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (CERN). V roce 1953 byla pro CERN vybrána lokalita nedaleko Ženevy (viz obr. 1) a na zasedání Rady CERN v Paříži 29. června až 1. července 1953 podepsalo 12 států (Spolková republika Německo, Belgie, Dánsko, Francie, Řecko, Itálie, Norsko, Velká Británie, Švédsko, Obr. 1:Na záběru z dobových novin obhlíží členové provizorní Rady CERN místo vybrané pro CERN. Holandsko, Švýcarsko a Jugoslávie) dohodu o zřízení organizace, CERN, jež nabyla platnosti po 1 Zaměření laboratoře na jadernou fyziku se již během prvního desetiletí změnilo a hlavní náplní výzkumu se stala fyzika elementárních částic. Původní název však zůstal i když se dnes v neoficiálních dokumentech pro CERN používá název Evropská laboratoř pro fyziku částic. Ani slovo elementární se nepřidává, neboť jeho obsah se s časem mění. Protože se téměř všechny časové údaje v tomto článku týkají minulého století, nebudu u výrazů -tá léta tuto specifikaci vypisovat. 2 Podrobnější informaci o standardním modelu získá čtenář v článku Padesát let fyziky elementárních částic ve FZÚ, jenž vyšel v Čs. čas. fyz. v říjnu V tomto článku jsou zmíněny i nejdůležitější otevřené otázky SM a nastíněny základní myšlenky některých moderních směrů.

2 ratifikaci všemi zúčastněnými státy Při zakládání CERN sehráli významnou roli dva přední fyzikové: Pierre Auger a Edoardo Amaldi. Snaha vybudovat silnou mezinárodní laboratoř orientovanou na základní výzkum v oblasti fyziky elementárních částic reagovala mimo jiné na skutečnost, že v Brookhavenské národní laboratoři v USA probíhala stavba prvního urychlovače nové generace, protonového synchrotronu zvaného COSMOTRON, jenž od podzimu 1953 urychloval protony na v té době rekordní energii 3 GeV. Na tomto a na o rok mladším podobném urychlovači BEVATRON v Berkeley, byla pak během několika let objevena řada nových částic, a to jak tzv. podivných mezonů a baryonů, tak především první antibaryon, totiž antiproton. Snaha co nejdříve snížit náskok Ameriky v základním výzkumu mikrosvěta bezesporu významně přispěla k rychlému budování CERN. Je příznačné, že již provizorní Rada CERN ustanovila v roce 1952 dvě pracovní skupiny, jejichž posláním bylo připravit projekty prvních dvou urychlovačů protonů: konvenčního synchrocyklotrnu (SC) a protonového synchrotronu (PS) na co největší energie. Prvním řádným generálním ředitelem CERN se stal známý fyzik Felix Bloch, jehož po roce vystřídal Holanďan Cornelius Bakker, jenž laboratoř řídil do dubna Právě pod jeho vedením začal CERN budovat systém navzájem propojených urychlovačů a svazků urychlených částic, jenž se stal základním nástrojem experimentálního programu CERN. První urychlovač Prvním urychlovačem, jenž byl v CERN postaven, byl synchrocyklotron umožňující urychlovat protony na energii 600 MeV (obr. 2) uvedený do provozu na sklonku roku Přestože tento urychlovač patřil svou koncepcí ke starší generaci urychlovačů a nedosahoval proto parametrů svých amerických rivalů v Brookhaven a Berkeley, byl na něm v září 1958, jen několik měsíců po spuštění, pozorován první případ rozpadu nabitého pionu na elektron a elektronové neutrino + + π e + ν Obr. 2: První urychlovač v CERN: synchrocyklotron urychlující protony na energii až 600 MeV Tento rozpadový kanál, k němuž dochází zhruba v jedné desetitisícině případů, byl předpověděn již v roce 1949 a jeho pozorování výrazně přispělo k potvrzení správnosti tehdejší teorie slabých interakcí. e Standardní model v kostce Současný stav našich znalostí zákonů mikrosvěta je shrnut ve standardním modelu. Podle něj jsou základními stavebními kameny hmoty tři generace fundamentálních fermionů, tj. částic se spinem 1/2, jež se dále dělí na kvarky a leptony

3 Fundamentální fermiony Síly Generace název nosič Kvarky u u u c c c t t t elektromagnetické foton d d d s s s b b b slabé W +,W -,Z Leptony ν e ν µ ν τ silné gluony e µ τ Každý z šesti kvarků, označovaných symboly u (z anglického up), d (down), s (strange), c (charm), t (top), b (bottom), existuje ještě ve třech různých stavech, poeticky nazývaných barvy. Z kvarků první generace jsou složeny například protony a neutrony, jež spolu s elektrony vytvářejí atomy a tím i většinu hmoty na Zemi i ve viditelné části vesmíru. Mezi kvarky a leptony působí čtyři typy sil: gravitační, elektromagnetické, slabé a silné. Kromě gravitační, jež v mikrosvětě nehraje prakticky žádnou roli, mají ostatní síly důležitou společnou charakteristiku: lze je popsat pomocí výměny, znázorněné na obrázku vlevo, zprostředkujících částic, či nosičů, nazývaných intermediální vektorové bosony (IVB), jež mají všechny spin 1. Základní rozdíl mezi kvarky a leptony je v tom, že silné síly působí jen na "barevné" částice a tedy jen mezi kvarky. Právě tyto síly zodpovídají za vazbu kvarků uvnitř protonů a neutronů a s elektromagnetickými silami za existenci a vlastnosti atomů. Ani bez slabých sil by ovšem vesmír nevypadal tak, jak vypadá. Ačkoliv jsou skutečně slabé na vzdálenostech řádu průměru protonu, mají jednu důležitou vlastnost: nejsou invariantní vůči prostorové (P) a nábojové (C) inverzi (tj. záměně pojmů "vpravo" a "vlevo", resp. "částice" a "antičástice"), ba ani vůči kombinované prostorové a nábojové inversi (CP). Přitom právě narušení CP invariance je klíčem k pochopení, proč je ve vesmíru více hmoty než antihmoty. Kromě částic uvedených v tabulce hraje ve SM důležitou roli i tzv. Higgsův boson, částice se spinem nula, jež je ve standardním modelu v obrazném slova smyslu odpovědná za velikost hmotností kvarků, leptonů a intermediálních vektorových bosonů. 3 Elektromagnetické a slabé síly jsou v rámci SM popsány teorií, formulovanou koncem 60. let minulého století S. Glashowem, S. Weinbergem a A. Salamem (GSW teorie). Teorie silných sil byla formulována v roce 1973 D. Grossem, F. Wilczekem a D. Politzerem. Její název kvantová chromodynamika (QCD) odráží skutečnost, že tato síla působí jen na částice nesoucí barvu. Skutečnost, že kvarky a gluony, na rozdíl od leptonů, neexistují jako volné částice a že má přesto smysl o nich mluvit jako o základních stavebních kamenech hmoty, se opírá o důležité zjištění. Ačkoliv kvarky nelze z protonu či neutronu vyrazit, tak jako elektrony z atomů, experimentálně zjišťujeme, že je-li energie vyráženého kvarku či gluonu dostatečně velká, vylétají ve směru kvarků či gluonů úhlově kolimované svazky částic, nazýváné jety. Z měření jejich vlastností pak usuzujeme na dynamiku samotných kvarků a gluonů. Jety dnes hrají při hledání zákonů mikrosvěta klíčovou roli, kterou v minulosti hrály jen částice samotné. 3 Pro svět subatomárních částic je mezinárodní systém jednotek nevhodný a je proto zvykem používat přirozené jednotky, jimiž je v případě energie gigaelektronvolt (GeV= miliarda ev). Klidová hmotnost protonu přitom odpovídá energii 0.94 GeV.

4 Protonový synchrotron, budoucí srdce CERN, vstupuje na scénu Příběh zrodu, vývoje a role, kterou sehrál v historii CERN protonový synchrotron PS, je krásným příkladem dobrodružství, jež základní výzkum přináší. Původní záměr pracovní skupiny pro konstrukci tohoto urychlovače, tj. postavit synchrotron na 10 GeV, využívající vyzkoušenou metodu tzv. slabé fokusace svazků 4, doznal dramatické proměny po návštěvě několika jejích členů v Brookhavenu v dubnu Tam je jejich američtí kolegové seznámili s novou metodou tzv. silné fokusace, která umožňovala urychlit protony na daleko vyšší energie. Přesto, že tato metoda nebyla dosud v praxi vyzkoušena a vyžadovala vyřešit řadu technických problémů, podařilo se přesvědčit již v říjnu Obr. 3: Stavba protonového synchrotronu v roce Rozestavěný kruhový násep, v jehož útrobách PS dodnes pracuje, je v pravé spodní části Radu (tehdy ještě provizorní) CERN, aby souhlasila s přípravou projektu PS na energie kolem 30 GeV, využívající této nové metody fokusace svazků. Jak ukázal další vývoj, toto odvážné rozhodnutí mělo klíčový význam pro celý další rozvoj CERN. Práce na urychlovači rychle pokračovaly (viz. obr. 3) a tak již 28. listopadu 1959 se CERN poprvé zapsal do knihy rekordů, neboť toho dne se na PS podařilo urychlit protony na energii 24 GeV a překonat tak protonový synchrotron ve Spojeném ústavu jaderných výzkumů v Dubně u Moskvy, jenž byl díky svému svazku protonů o energii 10 GeV na krátkou dobu největším urychlovačem na světě. Tento vzácný okamžik připomíná fotografie na obrázku 4 z drží John Adams láhev vodky, již dostal jako symbolickou štafetu o několik měsíců dříve od svých kolegů v Dubně. Tu po dosažení rekordní energie vrátil, samozřejmě prázdnou, svým dubněnským kolegům. Obr. 4 : Oslava světového rekordu, jehož PS dosáhl S láhví je John Adams. PS Protonový synchrotron PS byl (resp. stále je) tvořen prstencem umístěným v kruhovém 4 Autor tohoto článku nemá místo ani speciální znalosti, aby tento a některé další pojmy týkající se urychlovačů vysvětlil, ale pro záměr tohoto článku to snad nebude vadit.

5 tunelu o průměru 200 metrů (viz. obr. 5). Po krátké době zvýšil svou energii až na 28 GeV a po asi 8 měsíců byl největším urychlovačem na světě. Poté jeho místo zaujal obdobný urychlovač AGS v Brookhavenu, který dosáhl energii 30 GeV. I po ztrátě svého výsadního postavení však PS zůstal v provozu, ba co více, díky pravidelnému vylepšování parametrů, především tisícinásobnému zvýšení intenzity svazků, se stal srdcem celého urychlovacího systému v CERN a zůstává jím dodnes. Z hlediska výzkumného potenciálu CERN bylo též důležité, že vedle intenzivního primárního svazku protonů o energiích až 28 GeV poskytoval PS také sekundární svazky pionů, kaonů, antiprotonů a neutrin, které se staly základním Obr. 5 : Prstenec protonového synchrotronu koncem roku nástrojem zkoumání struktury hmoty. Kdo by byl býval chvíli stál, za chvilku stál by opodál: Victor Weisskopf a dlouhodobá strategie rozvoje CERN Počátkem 60. let se CERN podařilo dohnat náskok amerických laboratoří jak v oblasti urychlovačů, tak i detekčních zařízení. Další vývoj laboratoře byl výrazně ovlivněn skutečností, že po tragické smrti Cornelia Bakkera při leteckém neštěstí byl od 1. srpna 1961 jmenován generálním ředitelem CERN americký teoretický fyzik Victor Weisskopf, který již v letech pracoval v jeho teoretickém oddělení. Weisskopf, naturalizovaný američan narozený v roce 1908 ve Vídní, byl přímo ztělesněním kosmopolitního charakteru výzkumu v oblasti fyziky elementárních částic. Ač sám teoretik, Weisskopf si jasně uvědomoval, že budoucnost CERN je závislá především na rozvoji jeho experimentální infrastruktury, tj. urychlovačů a detektorů. Již při svém prvním vystoupení před Radou CERN v roli generálního ředitele se proto zabýval otázkou dlouhodobé perspektivy CERN a již tehdy podpořil dva směry rozvoje laboratoře, které se ukázaly být rozhodující pro její budoucí úspěchy: Obr. 6 : Victor Weisskopf v roce 1962.

6 Obr. 7: Konstrukce tunelu ISR. Na snímku vpravo nahoře je vidět CERN tak, jak vypadal v roce Projekt nového typu urychlovače, na němž mělo docházet ke srážkám dvou protiběžných svazků protonů dodaných existujícím PS. Projekt, jenž dostal jméno ISR (Intersecting Storage Rings), připravila skupina Kjella Johnsena. Projekt protonového synchrotronu na energii 300 GeV, desetkráte převyšující energie PS, jenž dostal později jméno SPS (Super Proton synchrotron) a na jehož koncepci pracovala již od počátku 60. let skupina Johna Adamse. Oba tyto projekty získaly v roce 1963 jednoznačnou podporu tzv. Amaldiho výboru, pracovní skupiny zřízené Výborem pro vědeckou politiku CERN. V roce 1964 Weisskopf zmíněné dva projekty doplnil návrhem postavit dvě velké bublinové komory, jednu naplněnou vodíkem a druhou těžkou kapalinou. Díky jednoznačné Weisskopfově podpoře a vysokému respektu, jemuž se Weisskopf těšil ve všech členských státech CERN, schválila Rada CERN v prosinci 1965, na samém konci jeho funkčního období, jak stavbu ISR tak i přípravu projektu SPS. Rovněž obě bublinové komory byly později postaveny. Obr. 8: Na snímku z tunelu ISR je jeden z osmi bodů, v nichž se protínaly svazky protonů. Fyzikální motivací projektu ISR, pro nějž bylo nutné uzavřít s francouzskými úřady dohodu o rozšíření pozemku CERN na francouzské území, byla snaha dosáhnout co nejvyšší energie srážek protonů potřebné pro hledání nových částic. Na obr. 7 je letecký snímek zachycující budování ISR koncem 60. let. ISR byl tvořen dvěma stejnými prstenci o poloměru 300 metrů, jež se protínaly v 8 bodech. Na obr. 8 je zachycen jeden z nich, obklopený tehdejším typickým detektorem. ISR byl uveden do provozu 16. října 1971 na slavnosti, jíž byl přítomen i vedle řady dalších osobností světové fyziky i Werner Heisenberg. Maximální těžišťová energie srážek na ISR činila =63 GeV, což odpovídalo srážkové energii urychlovače

7 s pevným terčem a energií 2000 GeV. ISR byl v provozu do roku Za 13 let provozu bylo několika experimenty na ISR získána řada zajímavých výsledků, z nichž připomeňme ty nejdůležitější: Přesvědčivý důkaz růstu totálních účinných průřezů proton-protonových srážek, svědčících o tom, že proton se s rostoucí energií v jistém smyslu zvětšuje. Měření produkce elektron-pozitronových párů, jež přineslo důležité a nezávislé potvrzení správnosti základní myšlenky partonového modelu, vyvinutého koncem šedesátých let pro vysvětlení výsledků hlubokého nepružného rozptylu elektronů na nukleonech ve SLAC. Hledání projevů jetové struktury srážek, předpověděné kvantovou chromodynamikou, jenž byla formulována během roku Skutečnost, že žádné přesvědčivé svědectví pro produkci jetů nebylo na ISR nalezeno, byla po určitou dobu záhadou, která ovšem ve svých důsledcích přispěla k lepšímu pochopení mechanismu, jak kvarky a gluony jety vytvářejí. Ačkoliv nebyl na ISR učiněn žádný skutečně zásadní fyzikální objev, urychlovač sehrál důležitou roli při vývoji technologie ultravysokého vakua a především tzv. stochastického chlazení svazků částic. Tato metoda, navržená Simonem van der Meerem v roce 1972 a na ISR v roce 1974 úspěšně vyzkoušená, sehrála později nezastupitelnou roli pro realizaci projektů antiproton-protonového a elektron-pozitronového srážeče. Šedesátá léta: zlatý věk bublinových a jiskrových komor Ke zkoumání struktury a zákonitostí mikrosvěta nestačí jen urychlovače, ale je třeba také zařízení, která umožňují zaznamenávat produkty srážek a analyzovat jejich vlastnosti.v padesátých a šedesátých letech byly dominantními nástroji detekce bublinové a jiskrové komory, jeř poskytovaly fotografický záznam proběhlé srážky. Zatímco jiskrové komory byly obvykle stavěny na míru konkrétnímu experimentu, bublinové komory se využívaly pro různé experimenty. Bublinové komory vynalezené Donaldem Glaserem v roce 1952 byly založeny na skutečnosti, že při průchodu elektricky nabitých částic přehřátou kapalinou vznikají během několika milisekund podél jejich drah jádra vypařování, která rostou až na makroskopické bublinky, které pak lze fotografovat. Na obrázku 9 je zachycena první bublinová komora zkonstruovaná v CERN v roce 1959 kolektivem vedeným Charlesem Peyrou pro experimenty na synchrocyklotronu. Měla tvar válce o délce 30 cm, byla naplněna kapalným vodíkem a umístěna v magnetickém poli. Ze zakřivení drah v magnetickém poli při analýze několika stereoskopických snímků pak bylo možné stanovit hybnost částic. Na obr. 11 vlevo je snímek jedné takové srážky. Proměřování drah prováděly laborantky na poloautomatických měřících zařízení, jako je to Obr. 9: Montáž 30 cm bublinové komory. na obrázku 11 vpravo.

8 Tato první bublinová komora byla brzy nahrazena větší, osmdesáticentimetrovou a posléze v roce 1965 dvoumetrovou vodíkovou bublinovou komoru (viz. obr 10). Ta se stala na zhruba 10 let stala jedním z hlavních detekčním zařízení CERN. Obr. 10: Celkové uspořádání aparatury pro dvoumetrovou vodíkovou bublinovou komoru. Komora samotná na obrázku není, byla umístěna uprostřed v oválném otvoru. Celé zařízení vážilo několik tun a bylo na kolejích, které ho umožňovaly posunout do svazku antiprotonů. K bublinovým komorám se také váže počátek účasti českých fyziků na experimentech v CERN. Z několika experimentů využívajících svazky pionů, kaonů a antiprotonů byla z hlediska další orientace pražské skupiny ve Fyzikálním ústavu a na MFF UK rozhodující účast na experimentu zkoumajícím srážky antiprotonů s protony při energii 5.7 GeV s použitím dvoumetrové vodíkové bublinové komory. V Praze bylo instalováno kompletní počítačové vybavení potřebné pro měření a zpracování snímků těchto srážek. Zakřivení nabitých částic v magnetickém poli je jasně patrné. Proměřování drah prováděly laborantky na poloautomatických měřících zařízení, jako je to na obrázku 11 vpravo. Obr. 11. Snímek z třiceticentimetrové bublinové komory v CERN (vlevo) a zařízení, na nichž laborantky snímky proměřovaly (vpravo).

9 Jiskrové komory byly založeny na skutečnosti, že při průchodu elektricky nabité částice plynem mezi dvěma elektrodami vzdálenými několik milimetrů, mezi nimiž je elektrické napětí, dochází v důsledku ionizace plynu k výboji. Výslednou jiskru, jež trvá typicky několik mikrosekund, je možné vyfotografovat, optickou informaci následně zpracovat podobně jako u bublinových komor tím získat informaci o hybnostech částic vznikajících ve srážce. Na obrázku 7 je zachycen průlet několika nabitých částic kosmického záření jiskrovou komorou, jež je v CERN součástí stále výstavy Mikrokosmos. Jiskrové komory sehrály klíčovou roli při dvou důležitých objevech, dosažených na protonovém synchrotronu v Brookhavenu, za které byly uděleny Nobelovy ceny: důkazu, že existují dvě neutrina (1963), a objevu narušení CP invariance slabých interakcí (1964). Obr. 12: Záběr z průchodu spršky částic kosmického záření jiskrovou komorou na výstavě Mikrokosmos v CERN. Bublinové komory měly ve srovnání s jiskrovými komorami nesrovnatelně lepší prostorové rozlišení a podávaly celkový obrázek srážky, který žádné jiné zařízení dodnes nepřekonalo. Jeden jediný stereoskopický snímek z bublinové komory často stačil k zásadnímu objevu, jak tomu bylo například při objevu hyperonu Ω -. Nevýhodou bublinových komor byla jejich pomalost, neboť typická frekvence nabírání snímků byla jeden za vteřinu, zatímco jiskrové komory byly až 100 krát rychlejší. Jiskrové komory měly také o řád lepší časové rozlišení, ale skutečnost, že se oba typy komor opíraly o optický záznam byla v obou případech překážkou, která neumožňovala zpracovat za rozumnou dobu více než několik miliónů snímků a tím bránila studiu vzácných případů. Revoluce v detekci částic: G. Charpak a drátové proporcionální komory Až zhruba do konce šedesátých let vyžadovala detekce produktů srážek prohlížení milionů snímků z bublinových či jiskrových komor. To bylo, i při použití automatických zařízení, velmi pomalé a nevhodné pro studium vzácných procesů. Situace se výrazně změnila s rozvojem elektroniky. V CERN se od poloviny šedesátých let skupina kolem Georgese Charpaka zabývala vývojem a konstrukcí elektronických detektorů, které měly pomalé optické jiskrové a bublinové komory nahradit. Výsledkem jejich výzkumu byl vynález drátové proporcionální komory, využívající známý princip práce proporcionálního čítače, ale poskytující velmi přesné prostorové rozlišení ve velkých objemech a umožňující tisícinásobně zrychlit sběr dat oproti starým jiskrovým komorám. Navíc, a to bylo také velmi důležité, napojení na v té době již výkonné počítače umožnilo zpracovat veškeré elektronické informace přímo. Princip práce drátové proporcionální komory je znázorněn na obrázku 14. Mezi dvěma rovinnými katodami, vzdálenými asi 1 cm, je umístěna anoda tvořená mnoha paralelními velmi tenkými dráty, vzdálenými od sebe typicky 1 milimetr. Mezi katodu a anodou je přiloženo napětí několika kilovoltů. Při průchodu nabité částice plynem mezi elektrodami dojde v důsledku ionizace k rozvoji spršky, která je lokalizovaná na několika okolních anodových drátech. Každý drát má svůj

10 Obr. 13: Georges Charpak se spolupracovníky při stavbě drátové proporcionální komory v roce 1970 v CERN. v roce 1992 udělena Nobelova cena za fyziku. zesilovač, což umožňuje sběrem signálu určit jednu souřadnici polohy procházející částice s přesností zhruba danou vzdáleností drátů. Protože každý anodový drát je schopen zpracovat stovky tisíc signálů za vteřinu, jsou drátové proporcionální komory velmi rychlé. Drátové proporcionální komory a další typy dráhových komor, jako například driftová komora, se od počátku 70. let staly neodmyslitelnou součástí všech elektronických experimentů. Za jejich vynález byla Charpakovi Obr. 14: Princip práce drátové proporcionální komory (nahoře). Při konkrétní realizaci se těsně vedle sebe kladlo několik rovin s různě orientovanými dráty, což umožňilo určit velmi přesně dráhu procházející částice. Bublinové komory ještě nekončí: objev neutrálních proudů Bublinové komory sehrály i po vynálezu drátových proporcionálních komor ještě jednou klíčovou roli, a to při objevu zcela mimořádného dosahu: důkazu existence tzv. neutrálních proudů (NC) v roce Pod tímto pojmem se myslí procesy, při nichž se například mionové neutrino pružně rozptýlí na elektronu či na kvarku q: ν + e ν + e ν + q ν + q µ µ µ µ Tyto procesy, jež jsou v rámci SM zprostředkovány výměnou neutrálního IVB Z, byly předpověděny teorií elektroslabých interakcí Glashowa, Weinberga a Salama (GWS teorie)

11 formulovanou koncem 60. let, ale až do počátku roku 1973 nebyly pozorovány. Od obvyklých procesů zprostředkovaných výměnou nabitých IVB W + a W - a nazývaných proto nabité proudy ν + e µ + ν ν + q µ + q' µ se liší tím, že v koncovém stavu není žádný nabitý mion. Důvěra ve správnost teorie GWS vzrostla počátkem 70. let poté, co t Hooft a Veltman dokázali její matematickou konsistenci (odborně řečeno renormali-zovatelnost) a proto se několik skupin hledáním těchto procesů začalo intenzivně zabývat. Obr. 15: Montáž bublinové komory Gargamelle (nahoře) a jeden z prvních případů neutrálních proudů (dole). V bodě označeném šipkou došlo k pružnému rozptylu mionového neutrina na protonu e µ Jednou z nich byla i skupina fyziků kolem André Lagarrigua z École Polytechnique v Paříži, která postavila obrovskou bublinovou komoru ve tvaru válce o délce 4 metry a průměru 2 metry, naplněnou 10 tunami freonu a nazvanou podle matky známého obra Gargantuy Gargamelle. V roce 1971 byla tato komora umístěna v CERN do svazku mionových neutrin, které dodával náš starý známý protonový synchrotron, a začaly dva napínavé roky prohlížení tisíců snímků provázené euforií z nadějných případů i skepse a opatrnosti, zda se nejedná jen o přelud (odborně řečeno pozadí ). Na jejich konci v polovině roku 1974 byl jasný závěr: neutrální proudy skutečně existují! Protože se tento závěr opíral jen o několik případů, bylo důležité, že Gargamelle byla skutečně obří a že snímky, jako je ten na obr. 15 dole, byly velmi přesvědčivé. Celá sága objevu NC je ovšem daleko složitější a zajímavější, než jsem zde mohl popsat. Její epilog napsal výbor Nobelovy nadace, který právě za předpověď neutrálních proudů (a nikoliv za samu GWS teorii) udělil v roce 1979 Glashowovi, Salamovi a Weinbergovi Nobelovu cenu za fyziku. Super proton synchrotron byl (a stále je) skutečně super Druhým z projektů, jež představovaly dědictví éry Victora Weisskopfa, byl projekt protonového synchrotronu SPS na energie až 300 GeV, na němž od počátku 60. let pracovala skupina kolem Johna Adamse. Stavba tohoto urychlovače, jenž byl umístěn v tunelu o obvodu 7 km zhruba 40 metrů pod povrchem země (obr. 16), byla schválena v únoru Pro projekt SPS bylo nutné změnit i statut CERN, neboť ten počítal jen s jednou laboratoří, zatímco pro SPS bylo třeba vybudovat laboratoř novou, jež byla nazvána CERN II. Po určité době váhání, kde laboratoř umístit, převážily argumenty, že by to mělo být blízko starého CERN a nakonec byla vybrána lokalita na

12 francouzském území v nedaleké obci Prévessin. Po dokončení SPS byly obě laboratoře opět spojeny v jednu. 17. června 1976 se na SPS podařilo urychlit protony až na 400 GeV a překonat tím původní záměr projektu. Tento historický okamžik je zachycen na snímku z velína SPS na obr. 16. Na rozdíl od podobného okamžiku při spuštění PS v roce 1959 se však SPS největším urychlovačem na světě nestal. Tím zůstal protonový synchrotron ve Fermiho národní laboratoři u Chicaga, který byl v provozu od roku 1972 a na němž bylo v květnu 1976 dosažena rekordní energie 500 GeV. CERN tedy těsně prohrál závod o první urychlovač dosahující stovky GeV, ale v dalším si to právě díky SPS bohatě vynahradil. Podobně jako protonový synchrotron se i SPS stal všestranným urychlovačem a zůstává jím dodnes. Obr. 16: Prstenec SPS v tunelu krátce před svým dokončením v dubnu 1976 (nahoře) a okamžik, kdy se 17. června podařilo urychlit protony na 400 GeV (dole). Muž s kravatou uprostřed je John Adams. Nesnesitelnost čekání na intermediální vektorové bosony Fyzikální motivací stavby SPS byla snaha rozšířit experimentální program CERN o výzkum srážek sekundárních hadronů (pionů, kaonů a hyperonů) a především poskytnout možnost studia srážek elektronů, mionů a mionových neutrin co nejvyšších energií. Velmi důležité byly především experimenty v osmdesátých letech, v nichž docházelo k tvrdým srážkám mionů a mionových neutrin s nukleony a jádry a které přinesly velmi přesné informace o jejich struktuře. V některých aspektech tato data nebyla ani po dvaceti letech překonána. Jednoho takového experimentu, známého jako NA4, se účastnila i silná skupina fyziků a techniků z Matematicko-fyzikální fakulty UK a Fyzikálního ústavu AV ČR. Jak už to ovšem v základním výzkumu bývá, nejdůležitější využití SPS si v době jeho stavby nikdo, ani jeho konstruktéři, nedokázal představit. Objev neutrálních proudů v bublinové komoře Gargamelle v roce 1973 výrazně posílil důvěru ve správnost teorie elektroslabých interakcí Glashowa, Salama a Weinberga. První měření tzv. Weinbergova úhlu ve SLAC pak dovolilo první odhad hmotnosti intermediálních vektorových bosonů W +, W - a Z. Z měření ve SLAC plynulo, že tyto bosony by měly mít hmotnosti mezi 65 a 90 GeV. Najít tak těžké částice představovalo obrovskou výzvu pro experimentální fyziku. Byl-li příběh objevu neutrálních proudů napínavý, pak sága objevu IVB v roce 1983 v CERN byla přímo

13 dramatem, v němž hlavní role hrály dvě osoby, Carlo Rubbia a Simon van der Meer a jak jinak také urychlovač, v tomto případě právě SPS! Vyprodukovat částice s tak velkou hmotností vyžadovalo především dostatečnou srážkovou energii. Jednodušší se přitom jevilo hledání neutrálního IVB Z, který se měl podle GWS teorie projevit jako velmi výrazná rezonance v účinném průřezu srážky elektronu s pozitronem. Potřebně zařízení, vstřícné svazky SPEAR ve SLAC, na nichž k takovým srážkám od konce roku 1973 docházelo 5, sice existovalo, ale energie dostupná ve SLAC byla o řád nižší, než bylo pro produkci bosonu Z potřeba. V CERN byla ustavena studijní skupina, jež měla úkol posoudit technické aspekty a fyzikální program nového velké urychlovače, který již tehdy dostal jméno LEP (Large Electron Positron Collider). Brzy se ovšem ukázalo, že postavit nové elektron-pozitronové vstřícné svazky o tak vysoké energii není jednoduché a vyžaduje delší dobu. Tlak na nějaké náhradní řešení v obci fyziků elementárních částic přitom stále rostl. Za této situace přišel Carlo Rubbia a několik dalších s originální, ale nikde dosud nevyzkoušenou myšlenkou přeměnit právě v té době dokončený urychlovač SPS na srážeč protonů a antiprotonů. Podobně jako u elektron-pozitronových srážečů, kde se obě částice pohybují v jedné urychlovací trubici, bylo podstatou Rubbiova návrhu využít urychlovací trubici a systém magnetů pro urychlení protiběžných svazků protonů a antiprotonů, které se pak v několika bodech měly protínat. Srážky antiprotonů s protony jsou sice pro produkci IVB méně účinné než srážky elektronů s pozitrony stejných energií, ale energie SPS se přesto jevila pro jejich produkci jako dostatečná. Ačkoliv jednoduchá v principu, realizace této myšlenky vyžadovala vyřešit řadu technických problémů a také překonat odpor části vedení CERN, jež se obávalo, že tento projet může oddálit, či dokonce ohrozit realizaci projektu LEP. To, že se podařilo projekt SPSC (SPS Collider) prosadit a hlavně v krátké době úspěšně realizovat, bylo ve značné míře díky obrovské energii a umu Carla Rubbii a jeho schopnosti shromáždit a řídit velkou skupinu fyziků a techniků. Obr: 17: Antiprotonový akumulátor, v němž se chladily, shromažďovaly antiprotony. Hlavním technickým problémem bylo připravit dostatečně intenzivní a velmi dobře fokusovaný svazek antiprotonů, podobný tomu, který byl bez problému k dispozici pro protony. Problém byl především v tom, že antiprotony vznikají při srážkách protonů s protony či neutrony s velmi různými hybnostmi. Vytvořit dostatečně malý chomáč antiprotonů (nebo jak se odborně říká, antiprotony ochladit ) byl úkol pro Simona van der Meera, jenž o několik let dříve vyvinul a vyzkoušel metodu, jak toho docílit (zvanou stochastické chlazení). Antiprotony však nestačilo jen ochladit, ale bylo třeba jich také nashromáždit dostatečné množství, neboť ve srážkách protonů s protony se rodí jen velmi nerady. Pro obě tyto činnosti byl v CERN postaven speciální tzv. antiprotonový akumulátor (AA), jenž je zachycen na obr. 17. Projekt srážeče SPS byl definitivně schválen v roce 1978 a již koncem roku 1981 na něm byly zaznamenány první srážky antiprotonů s protony. Pro jejich zpracování a analýzy byly postaveny dva detektory: mohutný 2000 tun vážící detektor UA1 pod vedením Rubbii a daleko menší, ale 5 A na němž byla v listopadu 1974 objevena částice J/ψ, obsahující půvabný kvark. Za tento objev byla Burtonu Richterovi a Samuelu Tingovi udělena v roce 1976 Nobelova cena.

14 v některých aspektech chytřejší detektor UA2. Základní znakem produkce nabitých IVB W + a W + i neutrálního Z byl vznik elektronů či mionů s energiemi kolem 50 GeV. Obr. 18 : Nahoře: počítačové zpracování jednoho případu zaznamenaného detektorem UA1, v němž vznikl pár elektron a pozitron s energiemi 46 a 50 GeV. Na snímku vpravo Rubbia a van der Meer na ochozu UA1 krátce po oznámení o udělení Nobelovy ceny. Celý urychlovací komplex a oba detektory pracovaly skvěle a tak byly již počátkem roku 1983 zaznamenány první případy s hledaným příznakem. Jeden z prvních je na obr. 18 vlevo. V létě 1983 pak bylo vše jasné: IVB existují, a to s hmotnostmi, které předpověděla teorie. Standardní model triumfoval a s ním i Rubbia a van der Meer, jejichž klíčové role v tomto objevu byly oceněny Nobelovou cenu za fyziku již v následujícím roce 1984 (obr. 18 vpravo). Srážeč antiprotonů s protony a oba detektory se ovšem neomezily jen na hledání IVB, ale po jejich objevení se věnovaly také velmi intenzivnímu výzkumu produkce vlastností jetů. SPSC resp. experimenty UA1 a UA2 byly první experimenty, které jety jasně viděly a tím výrazně přispěly ke kvantitativní prověrce kvantové chromodynamiky. Urychlovač byl v provozu do roku LEP: skalpel v mikrosvětě Brzy po spuštění elektron-pozitronového srážeče SPEAR ve SLAC, na němž byla v listopadu 1974 objevena částice J/ψ obsahující půvabný kvark a jeho antikvark a poté i řada dalších příbuzných částic, předložila skupina experimentátorů a teoretiků v CERN návrh (jehož první strana je reprodukována na obr. 19 vlevo), v němž byl podrobně rozebrán fyzikální program elektronpozitronových vstřícných svazků na celkovou těžišťovou energii až 200 GeV. Mezi autory nalezneme vedle Burtona Richtera, jemuž byla za objev částice J/ψ právě udělena Nobelova cena, i Carla Rubbiu (jenž prakticky současně pracoval na návrhu srážeče antiprotonů a protonů, který mu, jak již víme, přinesl Nobelovu cenu o osm let později) a Jacka Steinbergera, jednoho ze tří objevitelů mionového neutrina a laureáta Nobelovy cena v roce Postavit LEP (Large Electron Positron Collider) znamenalo především vyhloubit tunel o obvodu 27 kilometrů zhruba 100 metrů pod zemí, jenž na několika místech přetínal švýcarsko-francouzskou hranici a v jednom místě se přimykal k našim již starým známým: urychlovačům PS a SPS, které sloužily jako injektory, resp. předurychlovače LEP. Projekt byl schválen v roce 1982 a stavba tunelu probíhala v letech 1983 až O možnost provádět experimenty na LEP se ucházela řada skupin, z nichž byly nakonec vybrány čtyři, které se označovaly akronymy příslušných detektorů: DELPHI, L3, ALEPH a OPAL. Na prvním z nich se podílela i velká skupin fyziků a techniků

15 z Fyzikálního ústavu AV ČR a Matematicko-fyzikální fakulty UK. Na obr. 19 vpravo jsou znázorněna místa na obvodu, kde byly jednotlivé detektory umístěny. Stavba samotného urychlovače i konstrukce zmíněných detektorů probíhaly hladce a tak již 13 srpna 1989 byly na LEP zaznamenány první srážky elektronů s pozitrony při celkové těžišťové energii okolo 90 GeV, odpovídající hmotnosti IVB Z. Na obrázku 20 vlevo je vynesena závislost účinného průřezu (veličiny charakterizující pravděpodobnost srážky) srážky elektronu s pozitronem Obr. 19 : První strana cernské studie fyzikálního potenciálu elektron-pozitronového srážeče (vlevo). Snímek vpravo ukazuje CERN kudy vede 100 metrů pod povrchem tunel LEP a kde byly umístěny čtyři detektory, jež na LEP pracovaly. na celkové těžišťové energii (na LEP rovné dvojnásobku energie svazků) a naznačeny oblasti, v nichž pracovaly další elektron-pozitronové srážeče ve SLAC (PEP), DESY (DORIS, PETRA), Cornell v USA (CESR) a Tsukubě v Japonsku (KEKB, TRISTAN). Na obrázku 20 vpravo je pak zachycen detailnější průběh této závislosti v okolí mohutného píku při energii cca 91 GeV. Právě velmi přesné proměření této závislosti přineslo jeden z nejdůležitějších výsledků na LEP: důkaz, že existují právě tři generace kvarků a leptonů. Boson Z se rozpadá na páry kvarků i leptonů, a proto je jeho doba života tím kratší (a tedy pík na obr. 20 širší), čím více je generací. Z rozdělení na obr. 20 byla po zpracování výsledků všech 4 experimentů, které do roku 1995 zaznamenaly celkem 18 miliónů rozpadů bosonu Z, určena jeho hmotnost a to s do té doby nevídanou přesností tisíciny procenta: M Z = ±0.002 GeV. Jen s o něco horší přesností byla změřena pološířka Z (a tedy také jeho doba života): Γ Z =2.4953± GeV. Přesnost měření dosažená v experimentech na LEP předčila očekávání a byla tím nejdůležitějším výsledkem za 11 let existence tohoto urychlovače. Z mnoha dalších zajímavých výsledků získaných v první etapě provozu LEP, kdy jeho energie seděla na hmotnosti Z bosonu, zmiňme ještě jeden, jenž byl rozhodující pro experimentální potvrzení základní vlastnosti kvantové chromodynamiky, jíž je samointerakce gluonů, tj. skutečnost, že gluony, na rozdíl od fotonů, spolu přímo interagují. Tato vlastnost neabelovských kalibračních teorií, mezi něž kvantová chromodynamika patří, se projeví například v úhlovém

16 rozdělení jetů v případech kdy se produkují celkem 4 jety. Na obr. 21.vlevo je rozdělení úhlu mezi rovinou definovanou dvojicí jetů s nejvyšší a druhou nejvyšší energií a rovinou danou ostatními dvěma jety, tak jak byl změřen již v roce 1990 experimentem L3. Experimentální data jasně preferují QCD a vylučují teorie (označené Abelian ), v nichž samointerakce gluonů chybí. Obr. 20: Závislosti účinného průřezu anihilace elektronů s pozitrony na hadrony na primární energii srážky v těžišťové soustavě (vlevo) dominuje v oblasti energií kolem 90 GeV mohutný pík odpovídající IVB Z. Detailní tvar tohoto píku (vpravo) ukazuje, že existují právě tři generace základních fermionů. V roce 1996 byla energie LEP zvýšena přidáním dalších urychlovacích dutin na 160 GeV a do konce roku 2000 dokonce až na 209 GeV. Hlavní motivací tohoto kroku byla snaha ověřit klíčový rys teorie elektroslabých interakcí GWS samointerakci bosonů W +, W - a Z bosonů, jež se projevuje charakteristickým chováním účinného průřezu produkce páru W + W - nad prahem jejich produkce. Na obr. 21 vpravo je tato závislost vynesena pro data a srovnána s předpovědí úplné GWS teorie elektroslabých interakcí, jakožto i této teorie bez příspěvku pocházejícího ze samointerakce W + W - a Z bosonů. Podobně jako v případě silných interakcí, data jasně ukazují, že bez tohoto klíčového rysu GWS teorie se při popisu dat neobejdeme. Obr. 21: Experimentální důkaz samointerakce kalibračních bosonů silných (vlevo) a slabých (vpravo) interakcí z dat LEP. Kromě podrobného kvantitativního prověřování standardního modelu se experimenty na LEP věnovaly i hledání nových částic či jevů. Šlo především o hledání Higgsova bosonu a supersymetrických částic, jež jsou součástí většiny modelů, které se snaží najít jednotnou teorii všech sil mezi kvarky a leptony. Přes intenzivní snahy nebyly na LEP žádné projevy supersymetrie nalezeny, a byla stanovena jen dolní mez na hmotnost nejlehčí superymetrické částice, jež činí 50 GeV. Hledání

17 těchto částic nabývalo časem na zajímavosti, neboť jejich existence by mohla vysvětlit podstatu temné hmoty ve vesmíru, největší záhady současné astrofyziky a kosmologie. Mimořádně napínavě se vyvíjela situace ohledně hledání Higgsova bosonu, jemuž bylo věnováno na LEP snad nejvíce pozornosti vůbec, neboť jeho existence představuje poslední neprověřený článkem standardního modelu. Tak jak se blížil jeho plánovaný konec, LEP se díky skvěle práci techniků vzepjal k poslednímu pokusu Higgsův boson nalézt a skoro se mu to (možná) podařilo. Na podzim roku 2000 dosáhla energie LEP krátkodobě až 209 GeV a daleko tím překonala původně plánovaných 180 GeV. Již od energií asi 200 GeV se podařilo zaznamenat několik případů, které měly skoro všechny znaky produkce Higgsova bosonu a na chvíli se zdálo, že na samém konci svého života LEP tuto částici nalezne. Bylo by to bývalo krásné vyvrcholení, ale nesmlouvavá snaha fyziků prozkoumat všechny jiné možnosti, jak tyto případy vysvětlit, vedla nakonec k závěru, že bez několikanásobného zvýšení počtu případů nebylo možně udělat jednoznačný závěr, ale pouze stanovit dolní mez na hmotnost Higgsova bosonu: M H >115 GeV. V té době však již běžely práce na LHC, dalším novém urychlovači, jenž měl v tunelu LEP nahradit LEP samotný. Je tedy možné, a většina fyziků v to věří, že Higgsův boson bude aspoň v tunelu LEP nakonec objeven. Přesnost, s níž byly vlastnosti bosonů W a Z na LEP změřeny, měla ještě jeden mimořádně důležitý důsledek: předpověď hmotnosti kvarku top. Tento kvark je sice tak těžký, že ho na LEP nebylo možné přímo produkovat, ale jeho existence a vlastnosti se v rámci standardního modelu nepřímo projevují ve vztazích mezi některými pozorovatelnými veličinami. Tato souvislost je důsledkem jemných kvantových jevů a proto fyzikové s napětím sledovali, zda předpověď hmotnosti top kvarku z dat experimentů na LEP, učiněna již v roce 1994, tj. M top =173 ±30 GeV, bude správná. Top kvark byl objeven v roce 1995 ve srážkách antiprotonů s protony na urychlovači ve Fermiho národní laboratoři v USA a skutečnost, že současná nejpřesnější hodnota jeho hmotnosti je 178 ±5 GeV, představuje triumf nejen pro LEP, ale i pro standardní model samotný. CERN a společnost Hlavním cílem výzkumu v CERN je hledání zákonitostí mikrosvěta, ale metody a nástroje pro tento výzkum vyvinuté měly a mají i bezprostřední dopad na společnost. Z mnoha příkladů uvedeme tři, které vztah výzkumu v CERN a společnosti charakterizují nejlépe. Obr. 22: Snímky získané s pomocí skeneru využívajícícho místo fotografické emulze drátové komory a umožňující třírozměrnou rekonstrukci. První se týká využití drátových a dalších komor vyvinutých v CERN Charpakem a jeho spolupracovníky pro detekci nabitých částic. Tyto komory, jež byly vyvinuty pro detekci částic vznikajících ve srážkách na urychlovačích, lze velmi efektivně použít i pro zobrazování vnitřních částí lidského těla. Ve srovnání s klasickou rentgenoskopií mají dvě velké výhody: pro velmi dobré rozlišení stačí mnohonásobně menší dávka záření a záznam je ukládán přímo v digitální formě, z níž lze navíc rekonstruovat prostorový obraz. Na obr. 22 je

18 příklad výsledného zobrazení lidské kostry v jedné z pařížských nemocnic. Charpak se v posledních letech systematicky věnuje dalšímu rozvoji využití různých komor pro potřeby lékařství a biologie. Obr. 23: Tim Berners-Lee s Kofi Annanem na výstavě Role vědy v informační společnosti v roce 2003 v Ženevě. Druhým případem, kdy technologie vyvinutá primárně pro potřeby experimentů ve fyzice částic výrazně ovlivnila společnost, je zrod světové sítě WWW. Ta vznikla na počátku 90. let pro potřeby rychlé komunikace uvnitř mezinárodních týmů čítajících stovky fyziků z desítek laboratoří. Tim Berners-Lee (na obrázku 23 ve společnosti generálního tajemníka OSN Kofiho Anana) a jeho spolupracovníci vymysleli protokol http, který takovou komunikaci umožňoval,vyvinuli jazyk html a napsali také programy pro první prohlížeč a server. World Wide Web, jak Tim Berners-Lee svůj systém nazval, se stal okamžitě základním nástrojem komunikaci ve fyzice částic a poté se lavinovitě rozšířil do všech sfér života společnosti. Třetí příklad se týká opět lékařství. Vlastní výzkum v částicové fyzice je celosvětově doprovázen studiem jejich aplikací v medicíně, biologii a průmyslu. V CERN je této problematice věnována velká pozornost, především v oblasti využití svazků protonů, neutronů a iontů, které mají oproti klasickým svazkům elektronů a fotonů výhody při ozařovaní některých hloubkových nádorů. CERN je členem evropské spolupráce ENLIGHT, do níž je zapojeno celkem 10 evropských institucí, vedle CERN například Evropská společnosti pro terapeutickou radiologii a onkologii ESTRO a Evropská organizace pro výzkum a léčbu nádorových onemocnění EORTC. Cílem těchto aktivit je analyzovat možnosti léčebného využití protonů a iontů a vypracovat projekt klinického zařízení. CERN dnes a zítra CERN je dnes bezesporu největší laboratoří fyziky částic na světě. Jeho členy je 20 evropských států a některé mimoevropské země mají statut pozorovatele. Česká republika je členem CERN od července roku 1993, když o rok dříve byla do CERN přijata tehdejší Česká a Slovenská federativní republika. Za svoje dominantní postavení CERN vděčí nejenom počtu zaměstnanců a uživatelů, ale především unikátnímu systému urychlovačů (jehož dnešní stav je zachycen na obr. 24) a předvídavosti a odpovědnosti při dlouhodobém plánování rozvoje laboratoře. Vzhledem k tomu, že doba od vzniku ideového návrhu urychlovače, přes vypracování technického projektu až po jeho realizaci představuje dnes typicky let, je dlouhodobá strategie klíčem k úspěšnému rozvoji každé laboratoře. Proto se také v minulosti v okamžiku spuštění nového urychlovače obvykle již pracovalo na projektu urychlovače další generace. Tak tomu bylo i v roce 1989 při spuštění LEP, kdy se již uvažovalo o tom, umístit do jeho tunelu srážeč protonů s protony (a později i svazky těžkých iontů) s energiemi v oblasti několika tisíc GeV (TeV) a co největší luminositou. Projekt, jenž dostal název LHC (Large Hadron Collider) byl Radou CERN schválen koncem roku 1994 ve variantě s celkovou těžišťovou energií 14 TeV a v současné době tedy končí první dekáda jeho budování. Spuštěn bude v polovině roku 2007 a důležitou roli při jeho provozu budou hrát urychlovače, které tvoří páteř cernského urychlovacího systému: PS a SPS. V současné době

19 probíhá výroba a instalace 1700 supravodivých magnetů, které budou svazky protonů a iontů udržovat na kruhové dráze. Obr. 24 : Urychlovací komplex CERN v současnosti. Velikosti jednotlivých urychlovačů neškálují. Hlavní motivací návrhu LHC bylo hledání nových částic a jevů jdoucích za rámec standardního modelu. V okamžiku vzniku projektu byl jeho význam značně nejistý, ale dnes se jeví rozhodnutí Rady CERN z roku 1994 jako velmi prozřetelné, neboť většina tehdejších otázek týkajících se hlubších základů standardního modelu zůstává stále nezodpověděných. Dnes je také jasné, že LHC bude na dlouhou dobu jediný urychlovač, který bude mít šanci na některé z nich odpovědět. Pro experimenty na urychlovači LHC byly schváleny celkem 5 projektů: dva velké univerzální detektory ATLAS a CMS, a tři menší. Z nich se ALICE zaměří na výzkum srážek těžkých iontů, LHCb, bude hledat odpověď na otázku podstaty narušení tzv. CP symetrie, jež podle našich Obr. 25 : Vlevo je celkové schéma detektoru ATLAS s detaily dvou subdetektorů na jejichž vývoji a konstrukci se podílejí české instituce. Na snímku vpravo je záběr z instalace části dalšího subdetektoru (na schématu vlevo vyznačeného červeně), jenž byl z části vyroben v Praze.

20 dnešních znalostí hrálo klíčovou roli při vzniku vesmíru, a TOTEM bude zkoumat difrakční procesy. Všechny tyto detektory se v současné době instalují v obrovských podzemních halách. Ve srovnání s předchozí generací detektorů na LEP jsou ATLAS a CMS ještě podstatně složitější a zhruba třikrát větší. Na obrázku 25 je schéma detektoru ATLAS, na jehož vývoji, konstrukci a instalaci se podílejí i fyzikové a technici Akademie věd ČR, University Karlovy a Českého vysokého učení technického. Podrobnější vylíčení příspěvku českých fyziků a techniků na tomto i předešlých experimentech, které jsme v tomto článku jen krátce připomněli, bude obsahem jiného článku.

Urychlovače částic principy standardních urychlovačů částic

Urychlovače částic principy standardních urychlovačů částic Urychlovače částic principy standardních urychlovačů částic Základní info technické zařízení, které dodává kinetickou energii částicím, které je potřeba urychlit nabité částice jsou v urychlovači urychleny

Více

Experiment ATLAS. Shluky protiběžných částic se srážejí každých 25 ns. tj. s frekvencí. Počet kanálů detektoru je 150 mil.

Experiment ATLAS. Shluky protiběžných částic se srážejí každých 25 ns. tj. s frekvencí. Počet kanálů detektoru je 150 mil. Experiment ATLAS Shluky protiběžných částic se srážejí každých 25 ns tj. s frekvencí 40 MHz Počet srážek 40 MHz x 20 = 800 milionů / s Počet kanálů detektoru je 150 mil. Po 1. úrovni rozhodování (L1 trigger)

Více

postaven náš svět CERN

postaven náš svět CERN Standardní model elementárních částic a jejich interakcí aneb Cihly a malta, ze kterých je postaven náš svět CERN Jiří Rameš, Fyzikální ústav AV ČR, v.v.i. Czech Teachers Programme, CERN, 3.-7. 3. 2008

Více

Jana Nováková Proč jet do CERNu? MFF UK

Jana Nováková Proč jet do CERNu? MFF UK Jana Nováková MFF UK Proč jet do CERNu? Plán přednášky 4 krát částice kolem nás intermediální bosony mediální hvězdy hon na Higgsův boson - hit současné fyziky urychlovač není projímadlo detektor není

Více

Standardní model částic a jejich interakcí

Standardní model částic a jejich interakcí Standardní model částic a jejich interakcí Jiří Rameš Fyzikální ústav AV ČR, v. v. i., Praha Přednáškové dopoledne Částice, CERN, LHC, Higgs 24. 10. 2012 Hmota se skládá z atomů Každý atom tvoří atomové

Více

Za hranice současné fyziky

Za hranice současné fyziky Za hranice současné fyziky Zásadní změny na počátku 20. století Kvantová teorie (Max Planck, 1900) teorie malého a lehkého Teorie relativity (Albert Einstein) teorie rychlého (speciální relativita) Teorie

Více

Úloha č.: I Název: Studium relativistických jaderných interakcí. Identifikace částic a určování typu interakce na snímcích z bublinové komory.

Úloha č.: I Název: Studium relativistických jaderných interakcí. Identifikace částic a určování typu interakce na snímcích z bublinové komory. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK PRAKTIKUM IV Úloha č.: I Název: Studium relativistických jaderných interakcí. Identifikace částic a určování typu interakce na snímcích

Více

Český výzkum v evropském měřítku české know-how v CERN

Český výzkum v evropském měřítku české know-how v CERN Český výzkum v evropském měřítku české know-how v CERN Jiří Chýla místopředseda Výboru pro spolupráci ČR s CERN Fyzikální ústav Akademie věd České republiky Základní fakta o CERN Charakter výzkumu v CERN

Více

Theory Česky (Czech Republic)

Theory Česky (Czech Republic) Q3-1 Velký hadronový urychlovač (10 bodů) Než se do toho pustíte, přečtěte si prosím obecné pokyny v oddělené obálce. V této úloze se budeme bavit o fyzice částicového urychlovače LHC (Large Hadron Collider

Více

CENTRUM PODPORY PROJEKTŮ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

CENTRUM PODPORY PROJEKTŮ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ CERN brána do hlubin mikrosvěta Petr Závada Fyzikální ústav AV ČR, Praha CENTRUM PODPORY PROJEKTŮ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ 24.10. 2012 Program: Co je CERN, co je mikrosvět? Co se v CERNu dnes odehrává?

Více

2. Prostudovat charakter interakcí různých částic v hadronovém kalorimetru

2. Prostudovat charakter interakcí různých částic v hadronovém kalorimetru Pracovní úkol: 1. Seznámit se s interaktivní verzí simulace 2. Prostudovat charakter interakcí různých částic v hadronovém kalorimetru 3. Kvantitativně srovnat energetické ztráty v kalorimetru pro různé

Více

CERN - námět na exkurzi

CERN - námět na exkurzi CERN - námět na exkurzi Anotace Víte, kde je CERN, co je CERN a kdy a jak jej se svým debrujárským klubem nebo třídou navštívit? Exkurze je vhodná spíš pro starší debrujáry, ale záleží na vás :-). Téma

Více

Standardní model a kvark-gluonové plazma

Standardní model a kvark-gluonové plazma Standardní model a kvark-gluonové plazma Boris Tomášik Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská, ČVUT International Particle Physics Masterclasses 2012 7.3.2012 Struktura hmoty molekuly atomy jádra a elektrony

Více

A Large Ion Collider Experiment

A Large Ion Collider Experiment LHC není pouze Large Hadron Collider ATLAS ALICE CMS LHCb A Large Ion Collider Experiment Alenka v krajině ě velmi horké a husté éjaderné éhmoty a na počátku našeho vesmíru Díky posledním pokrokům se v

Více

Prověřování Standardního modelu

Prověřování Standardního modelu Prověřování Standardního modelu 1) QCD hluboce nepružný rozptyl, elektron (mion) proton, strukturní funkce fotoprodukce γ proton produkce gluonů v e + e produkce jetů, hadronů 2) Elektroslabá torie interference

Více

CERN Evropská organizace pro jaderný výzkum. Tomáš Kubeš

CERN Evropská organizace pro jaderný výzkum. Tomáš Kubeš CERN Evropská organizace pro jaderný výzkum Tomáš Kubeš Vítejte! Co Vás dnes čeká? Prezentace (45 minut) Co to je CERN Troška fyziky Jak funguje urychlovač Proč základní výzkum Kde se vzalo WWW Film (15

Více

Od kvarků k prvním molekulám

Od kvarků k prvním molekulám Od kvarků k prvním molekulám Petr Kulhánek České vysoké učení technické v Praze Hvězdárna a planetárium hl. m. Prahy Aldebaran Group for Astrophysics kulhanek@aldebaran.cz www.aldebaran.cz ZÁKLADNÍ SLOŽKY

Více

Cesta do mikrosvěta. Martin Rybář

Cesta do mikrosvěta. Martin Rybář Cesta do mikrosvěta Martin Rybář Nobelovy ceny za SM 40 nobelových cen 64 fyziků Antoine Henri Becquerel Pierre Curie Marie Curie Joseph John Thomson Max Planck Niels Bohr Robert Andrews Millikan Arthur

Více

(v zrcadle výtvarné estetiky)

(v zrcadle výtvarné estetiky) Několik vět o nejmenším: kosmickém záření a elementárních částicích (v zrcadle výtvarné estetiky) Jan Hladký, Fyzikální ústav v. v. i., AV ČR Praha. Proč studia částic a KZ provádíme? - základní výzkum

Více

Padesát let fyziky elementárních částic ve FZÚ 1

Padesát let fyziky elementárních částic ve FZÚ 1 Padesát let fyziky elementárních částic ve FZÚ 1 Založení Fyzikálního ústavu spadá do období, kdy se z jaderné fyziky vydělil obor, jehož předmětem zájmu byly vlastnosti a interakce částic, které je dnes

Více

CERN Evropská organizace pro jaderný výzkum. Tomáš Kubeš www.tomaskubes.net tomas.kubes@cern.ch

CERN Evropská organizace pro jaderný výzkum. Tomáš Kubeš www.tomaskubes.net tomas.kubes@cern.ch CERN Evropská organizace pro jaderný výzkum Tomáš Kubeš www.tomaskubes.net tomas.kubes@cern.ch Obsah Co to je CERN Urychlovače - LHC Minuta fyziky - Higgsův boson Proč základní výzkum - Kde se vzalo WWW

Více

Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno

Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno 1 Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno Struktura

Více

CERN Evropská organizace pro jaderný výzkum. Tomáš Kubeš

CERN Evropská organizace pro jaderný výzkum. Tomáš Kubeš CERN Evropská organizace pro jaderný výzkum Tomáš Kubeš Vítejte! Co Vás dnes čeká? Prezentace (45 minut) Co to je CERN Troška fyziky Jak funguje urychlovač Proč základní výzkum Kde se vzalo WWW Film (10

Více

Elementární částice. 1. Leptony 2. Baryony 3. Bosony. 4. Kvarkový model 5. Slabé interakce 6. Partonový model

Elementární částice. 1. Leptony 2. Baryony 3. Bosony. 4. Kvarkový model 5. Slabé interakce 6. Partonový model Elementární částice 1. Leptony 2. Baryony 3. Bosony 4. Kvarkový model 5. Slabé interakce 6. Partonový model I.S. Hughes: Elementary Particles M. Leon: Particle Physics W.S.C. Williams Nuclear and Particle

Více

Kosmické záření a jeho detekce stanicí CZELTA

Kosmické záření a jeho detekce stanicí CZELTA Kosmické záření a jeho detekce stanicí CZELTA Jiří Slabý slabyji2@fjfi.cvut.cz 30.10.2008, Fyzikální seminář, Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská Českého vysokého učení technického v Praze Co nás čeká

Více

Kam kráčí současná fyzika

Kam kráčí současná fyzika Kam kráčí současná fyzika Situace před II. světovou válkou Kvantová teorie (Max Planck, 1900) teorie malého a lehkého Teorie relativity (Albert Einstein) teorie rychlého (speciální relativita) Teorie velkého

Více

Příklady Kosmické záření

Příklady Kosmické záření Příklady Kosmické záření Kosmické částice 1. Jakou kinetickou energii získá proton při pádu z nekonečné výšky na Zem? Poloměr Zeměje R Z =637810 3 maklidováenergieprotonuje m p c 2 =938.3MeV. 2. Kosmickékvantum

Více

Mezony π, mezony K, mezony η, η, bosony 1

Mezony π, mezony K, mezony η, η, bosony 1 Mezony π, mezony K, mezony η, η, bosony 1 Mezony π, (piony) a) Nabité piony hmotnost, rozpady, doba života, spin, parita, nezachování parity v jejich rozpadech b) Neutrální piony hmotnost, rozpady, doba

Více

Podivnosti na LHC. Abstrakt

Podivnosti na LHC. Abstrakt Podivnosti na LHC O. Havelka 1, J. Jerhot 2, P. Smísitel 3, L. Vozdecký 4 1 Gymnýzium Trutnov, ondra10ax@centrum.cz 2 SPŠ Strojní a elektrotechnická, České Budějovice, jerrydog@seznam.cz 3 Gymnázium Vyškov,

Více

PADESÁT LET FYZIKY. Jiří Chýla a kolektiv ELEMENTÁRNÍCH ČÁSTIC VE FZÚ 1. Čs. čas. fyz. 53 /2003/ 215 KOŘENY

PADESÁT LET FYZIKY. Jiří Chýla a kolektiv ELEMENTÁRNÍCH ČÁSTIC VE FZÚ 1. Čs. čas. fyz. 53 /2003/ 215 KOŘENY PADESÁT LET FYZIKY ELEMENTÁRNÍCH ČÁSTIC VE FZÚ 1 Jiří Chýla a kolektiv Založení Fyzikálního ústavu spadá do období, kdy se z jaderné fyziky vydělil obor, jehož předmětem zájmu byly vlastnosti a interakce

Více

Lineární urychlovače. Jan Pipek jan.pipek@gmail.com 24.11.2011 Dostupné na http://fjfi.vzdusne.cz/urychlovace

Lineární urychlovače. Jan Pipek jan.pipek@gmail.com 24.11.2011 Dostupné na http://fjfi.vzdusne.cz/urychlovace Lineární urychlovače Jan Pipek jan.pipek@gmail.com 24.11.2011 Dostupné na http://fjfi.vzdusne.cz/urychlovace Lineární urychlovače Elektrostatické urychlovače Indukční urychlovače Rezonanční urychlovače

Více

Petr Kulhánek: Honba za Higgsovými částicemi a moje červené poznámky

Petr Kulhánek: Honba za Higgsovými částicemi a moje červené poznámky Musím umírnit svůj rozhořčený projev zde http://www.hypothesis-ofuniverse.com/docs/n/n_332.doc na výrok V.Hály, že Higgsův mechanismus dává hmotnost těm částicím, které interagují s Higgsovým polem,...

Více

ELEKTROMAGNETICKÁ INTERAKCE

ELEKTROMAGNETICKÁ INTERAKCE ELEKTROMAGNETICKÁ INTERAKCE Základní informace Působení výběrové (na Q e 0) Dosah Symetrie IM částice nekonečný U(1) loc γ - foton Působení interakce: Elektromagnetická interakce je výběrová interakce.

Více

STŘEDOČESKÝ KRAJ ANTIHMOTA

STŘEDOČESKÝ KRAJ ANTIHMOTA ENERSOL 2011 STŘEDOČESKÝ KRAJ ANTIHMOTA Adresa autora projektu: Jméno, příjmení autorů projektu Enersol 2011: Jakub Rohan, Richard Měcháček Učební, studijní obor, ročník studia: Informační technologie,

Více

80! - 20.4.1934 (20.4.-A.H.)

80! - 20.4.1934 (20.4.-A.H.) Vláďa Šimák již 80! Teprve nedávno jsme se v Křemencárně seznámili a již mám psát k jeho jubileu - to to uteklo... Vláďa se narodil 20.4.1934 (20.4.-A.H.) na Táborsku ve vesnici Měšice. Jeho rodina pracovala

Více

LEPTONY. Elektrony a pozitrony a elektronová neutrina. Miony a mionová neutrina. Lepton τ a neutrino τ

LEPTONY. Elektrony a pozitrony a elektronová neutrina. Miony a mionová neutrina. Lepton τ a neutrino τ LEPTONY Elektrony a pozitrony a elektronová neutrina Pozitronium, elektronové neutrino a antineutrino Beta rozpad nezachování parity, měření helicity neutrin Miony a mionová neutrina Lepton τ a neutrino

Více

Pokroky matematiky, fyziky a astronomie

Pokroky matematiky, fyziky a astronomie Pokroky matematiky, fyziky a astronomie Jiří Dolejší; Jiří Hořejší; Jiří Chýla; Alexander Kupčo; Rupert Leitner Nobelova cena za fyziku za rok 2013 udělena za objev Higgsova bosonu Pokroky matematiky,

Více

Struktura atomu. Beránek Pavel, 1KŠPA

Struktura atomu. Beránek Pavel, 1KŠPA Struktura atomu Beránek Pavel, 1KŠPA Co je to atom? Částice, kterou již nelze chemicky dělit Fyzikálně ji lze dělit na elementární částice Modely atomů Model z antického Řecka (Démokritos) Pudinkový model

Více

KVARKY S BARVOU A VŮNÍ A CO DÁL?

KVARKY S BARVOU A VŮNÍ A CO DÁL? KVARKY S BARVOU A VŮNÍ A CO DÁL? JIŘÍ CHÝLA Fyzikální ústav Akademie věd České republiky, Na Slovance 2, 182 21 Praha 8 chyla@fzu.cz Došlo 24.7.06, přijato 28.8.06. Klíčová slova: standardní model, kvarky,

Více

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í. neutronové číslo

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í. neutronové číslo JADERNÁ FYZIKA I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í 1. Úvod 4 14 17 1 jádra E. Rutherford, 1914 první jaderná reakce: α+ N O H 2 7 8 + 1 jaderné síly = nový druh velmi silných sil vzdálenost

Více

Pokroky matematiky, fyziky a astronomie

Pokroky matematiky, fyziky a astronomie Pokroky matematiky, fyziky a astronomie Jiří Chudoba; Rupert Leitner; Michal Suk Hledání top kvarku v experimentech na urychlovačích částic Pokroky matematiky, fyziky a astronomie, Vol. 40 (1995), No.

Více

O čem se mluví v CERNu? Martin Rybář

O čem se mluví v CERNu? Martin Rybář O čem se mluví v CERNu? 29.11. 2012 Martin Rybář CERN Evropská organizace pro jaderný výzkum (Conseil Européen pour la recherche nucléaire) Založen roku 1954 ČR součástí od roku 1993 nejrozsáhlejší výzkumné

Více

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK Fyzikální vzdělávání 1. ročník Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník 1 Fyzika atomu - model atomu struktura elektronového obalu atomu z hlediska energie atomu - stavba atomového jádra; základní nukleony

Více

o Mají poločíselný spin (všechny leptony a kvarky, všechny baryony - například elektron, neutrino, proton, neutron, baryony Λ hyperon...).

o Mají poločíselný spin (všechny leptony a kvarky, všechny baryony - například elektron, neutrino, proton, neutron, baryony Λ hyperon...). Rozdělení částic Elementární částice můžeme dělit buď podle "rodové příslušnosti" na leptony, kvarky, intermediální částice a Higgsovy částice nebo podle statistického chování na fermiony a bosony. Dělení

Více

Kvarky s barvou a vůní a co dál?

Kvarky s barvou a vůní a co dál? Kvarky s barvou a vůní a co dál? Jiří Chýla, Fyzikální ústav AV ČR Pokrok ve vědě jde často daleko složitějšími cestami, než jak se o tom dočítáme v knihách o historii vědy. To platí zvláště o teoretické

Více

Co se stalo (a nestalo) ve fyzice elementárních částic od Šlapanic 98

Co se stalo (a nestalo) ve fyzice elementárních částic od Šlapanic 98 Co se stalo (a nestalo) ve fyzice elementárních částic od Šlapanic 98 Co dnes o mikrosvětě víme. Jiří Chýla Fyzikální ústav AV ČR Základní znalosti zákonů mikrosvěta získané studiem vlastností a srážek

Více

Rozluštění skrytých symetrií přírody

Rozluštění skrytých symetrií přírody Rozluštění skrytých symetrií přírody Jaroslav Jindra 1, Fakulta pedagogická Západočeské univerzity v Plzni Studium symetrií a spontánních symetrií přineslo v roce 2008 Nobelovu cenu celkem třem vědcům.

Více

2. Prostudovat charakter interakcí různých částic v hadronovém kalorimetru

2. Prostudovat charakter interakcí různých částic v hadronovém kalorimetru 1 Pracovní úkol 1. Seznámit se s interaktivní verzí simulace 2. Prostudovat charakter interakcí různých částic v hadronovém kalorimetru 3. Kvantitativně srovnat energetické ztráty v kalorimetru pro různé

Více

Detekce nabitých částic Jak se ztrácí energie průchodem částice hmotou?

Detekce nabitých částic Jak se ztrácí energie průchodem částice hmotou? Detekce nabitých částic Jak se ztrácí energie průchodem částice hmotou? 10/20/2004 1 Bethe Blochova formule (1) je maximální možná předaná energie elektronu N r e - vogadrovo čislo - klasický poloměr elektronu

Více

zve studenty 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, (tedy všech) ročníků

zve studenty 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, (tedy všech) ročníků detektory statistické metody Skupina částicové fyziky SLO/UPOL zve studenty 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, (tedy všech) ročníků na stručnou prezentaci výsledků své práce a nabídku neuronové sítě statistické metody

Více

FYZIKA MIKROSVĚTA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Fyzika mikrosvěta - 3. ročník

FYZIKA MIKROSVĚTA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Fyzika mikrosvěta - 3. ročník FYZIKA MIKROSVĚTA Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Fyzika mikrosvěta - 3. ročník Mikrosvět Svět o rozměrech 10-9 až 10-18 m. Mikrosvět není zmenšeným makrosvětem! Chování v mikrosvětě popisuje kvantová

Více

Standardní model. Projekt je spolufinancován z prostředků ESF a státního rozpočtu ČR

Standardní model. Projekt je spolufinancován z prostředků ESF a státního rozpočtu ČR Standardní model Standardní model je v současné době všeobecně uznávanou teorií, vysvětlující stavbu a vlastnosti hmoty. Výzkum částic probíhal celé dvacáté století, poslední předpovězené částice byly

Více

Statický kvarkový model

Statický kvarkový model Statický kvarkový model Supermulltiplet: charakterizován I a hypernábojem Y=B+S Skládání multipletů spinových či izotopických, např. dvě částice se spinem 1/2 Tři částice se spinem 1/2 Kvartet a dva dublety

Více

Úvod do moderní fyziky. lekce 7 vznik a vývoj vesmíru

Úvod do moderní fyziky. lekce 7 vznik a vývoj vesmíru Úvod do moderní fyziky lekce 7 vznik a vývoj vesmíru proč nemůže být vesmír statický? Planckova délka, Planckův čas l p =sqrt(hg/c^3)=1.6x10-35 m nejkratší dosažitelná vzdálenost, za kterou teoreticky

Více

Kosmické záření a Observatoř Pierra Augera. připravil R. Šmída

Kosmické záření a Observatoř Pierra Augera. připravil R. Šmída Kosmické záření a Observatoř Pierra Augera připravil R. Šmída Astročásticová fyzika Astronomie (makrosvět) Částicová fyzika (mikrosvět) Kosmické záření Objev kosmického záření 1896: Objev radioaktivity

Více

CERN základní informace předtím, než vyrazíme. Jaroslav Reichl, SPŠST Panská

CERN základní informace předtím, než vyrazíme. Jaroslav Reichl, SPŠST Panská CERN 2016 základní informace předtím, než vyrazíme Jaroslav Reichl, SPŠST Panská HISTORIE první zmínky o atomech 5. - 2. století př. n. l. - řečtí filosofové Leukippos z Mílétu, Démokritos z Abdéry a Epikúros

Více

Princip metody Transport částic Monte Carlo v praxi. Metoda Monte Carlo. pro transport částic. Václav Hanus. Koncepce informatické fyziky, FJFI ČVUT

Princip metody Transport částic Monte Carlo v praxi. Metoda Monte Carlo. pro transport částic. Václav Hanus. Koncepce informatické fyziky, FJFI ČVUT pro transport částic Koncepce informatické fyziky, FJFI ČVUT Obsah Princip metody 1 Princip metody Náhodná procházka 2 3 Kódy pro MC Příklady použití Princip metody Náhodná procházka Příroda má náhodný

Více

HISTORIE ATOMU. M g r. ROBERT P ECKO TENTO DOKUMENT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY

HISTORIE ATOMU. M g r. ROBERT P ECKO TENTO DOKUMENT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY HISTORIE ATOMU M g r. ROBERT P ECKO TENTO DOKUMENT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY Historie atomu (modely) Mgr. Robert Pecko Období bez modelu pojetí hmoty

Více

Einsteinových. podle množství. dá snadno určit osud vesmíru tři možné varianty

Einsteinových. podle množství. dá snadno určit osud vesmíru tři možné varianty Známe už definitivní iti model vesmíru? Michael Prouza Klasický pohled na vývoj vesmíru Fid Fridmanovo řešení š í Einsteinových rovnic podle množství hmoty (a energie) se dá snadno určit osud vesmíru tři

Více

Urychlovače nabitých částic

Urychlovače nabitých částic Urychlovače nabitých částic Osnova přednášky 1. Úvod, základní třídění urychlovačů, historie, 2. Pohyb částice v elektrickém a magnetickém poli, vedení svazků částic 3. Lineární urychlovače elektrostatické,

Více

Vojtěch Hrubý: Esej pro předmět Seminář EVF

Vojtěch Hrubý: Esej pro předmět Seminář EVF Vojtěch Hrubý: Esej pro předmět Seminář EVF Plazma Pod pojmem plazma většinou myslíme plynné prostředí, které se skládá z neutrálních částic, iontů a elektronů. Poměr množství neutrálních a nabitých částic

Více

Jak se dělajíčástice Jiří Kvita, MFF UK

Jak se dělajíčástice Jiří Kvita, MFF UK Jak se dělajíčástice 19.12.2007 1 Jiří Kvita, MFF UK Fyzika vysokých energií Z experimentálního pohledu O čem budu povídat? Co chceme (a můžeme) pozorovat v mikrosvětě. Částice a síly v mikrosvětě. Jak

Více

Pozitron teoretická předpověď

Pozitron teoretická předpověď Pozitron teoretická předpověď Diracova rovnice: αp c mc x, t snaha popsat relativisticky pohyb elektronu x, t ˆ i t řešení s negativní energií vakuum je Diracovo moře elektronů pozitrony díry ve vaku Paul

Více

Fyzikální chemie Úvod do studia, základní pojmy

Fyzikální chemie Úvod do studia, základní pojmy Fyzikální chemie Úvod do studia, základní pojmy HMOTA A JEJÍ VLASTNOSTI POSTAVENÍ FYZIKÁLNÍ CHEMIE V PŘÍRODNÍCH VĚDÁCH HISTORIE FYZIKÁLNÍ CHEMIE ZÁKLADNÍ POJMY DEFINICE FORMY HMOTY Formy a nositelé hmoty

Více

Měření kosmického záření

Měření kosmického záření Měření kosmického záření D. Jochcová 1, M. Stejskal 2, M. Kozár 3, M. Melčák 4, D. Friedrich 5 1 Wichterlevo gymnázium, Ostrava oxiiiii@centrum.cz 2 Gymnázium Litoměřická, Praha marek.sms@gmail.com 3 Bilingválne

Více

Úvod do moderní fyziky. lekce 3 stavba a struktura atomu

Úvod do moderní fyziky. lekce 3 stavba a struktura atomu Úvod do moderní fyziky lekce 3 stavba a struktura atomu Vývoj představ o stavbě atomu 1904 J. J. Thomson pudinkový model atomu 1909 H. Geiger, E. Marsden experiment s ozařováním zlaté fólie alfa částicemi

Více

Paul Adrien Maurice Dirac

Paul Adrien Maurice Dirac Hmota a antihmota Paul Adrien Maurice Dirac 1926 (24) - objevil souvislost Poissonových závorek s kvantovou teorií. 1926 (24) - nezávisle na Fermim odvodil statistické rozdělení pro soustavu částic s

Více

Ve zkratce. Prehistorie standardního modelu

Ve zkratce. Prehistorie standardního modelu č. 2 Čs. čas. fyz. 65 (2015) 71 Ve zkratce Standardní model elektroslabých interakcí Jiří Hořejší Ústav částicové a jaderné fyziky, Matematicko-fyzikální fakulta Univerzity Karlovy, V Holešovičkách 2,

Více

Mlžnákomora. PavelMotal,SOŠaSOUKuřim Martin Veselý, FJFI ČVUT Praha

Mlžnákomora. PavelMotal,SOŠaSOUKuřim Martin Veselý, FJFI ČVUT Praha Mlžnákomora PavelMotal,SOŠaSOUKuřim Martin Veselý, FJFI ČVUT Praha Historie vývoje mlžné komory Jelikož není možné částice hmoty pozorovat pouhým okem, bylo vyvinutozařízení,ježzviditelňujedráhytěchtočásticvytvářenímmlžné

Více

Encyklopedický slovník. T. D. Lee, Rev. Mod. Phys. 47, 267, 1975

Encyklopedický slovník. T. D. Lee, Rev. Mod. Phys. 47, 267, 1975 Jaderná a částicová fyzika Vladimír Wagner Nejsilnější síla HADES studuje vlastnosti částic ve velmi horkém a hustém prostředí Hádes v řecké mytologii bůh mrtvých, podsvětí a podzemních pokladů, syn Kronův

Více

Pracoviště pro vývoj FPGA karet

Pracoviště pro vývoj FPGA karet Pracoviště pro vývoj FPGA karet Martin Bodlák 1 Úvod do problematiky COMPASS je mezinárodní experiment z oboru fyziky elementárních částic běžící na urychlovači SPS (Super Proton Synchotron) v CERN (Ženeva,

Více

Pokroky matematiky, fyziky a astronomie

Pokroky matematiky, fyziky a astronomie Pokroky matematiky, fyziky a astronomie Rupert Leitner; Michal Suk Nobelova cena za fyziku v roce 1995 Pokroky matematiky, fyziky a astronomie, Vol. 41 (1996), No. 3, 157--160 Persistent URL: http://dml.cz/dmlcz/137769

Více

Jiří Grygar: Velký třesk za všechno může... 1/ 22

Jiří Grygar: Velký třesk za všechno může... 1/ 22 Jiří 1/ 22 C2CR 2005: Od urychlovačů ke kosmickým paprskům 9. 9. 2005 Urychlovače č na nebi a pod zemí, aneb může Jiří Grygar Fyzikální ústav AV ČR, Praha Grafika: Michael Prou Jiří 2/ 22 Cesta do mikrosvěta

Více

[KVANTOVÁ FYZIKA] K katoda. A anoda. M mřížka

[KVANTOVÁ FYZIKA] K katoda. A anoda. M mřížka 10 KVANTOVÁ FYZIKA Vznik kvantové fyziky zapříčinilo několik základních jevů, které nelze vysvětlit pomocí klasické fyziky. Z tohoto důvodu musela vzniknout nová teorie, která by je přijatelně vysvětlila.

Více

Struktura elektronového obalu

Struktura elektronového obalu Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/03.0009 Struktura elektronového obalu Představy o modelu atomu se vyvíjely tak, jak se zdokonalovaly možnosti vědy

Více

Paradoxy kvantové mechaniky

Paradoxy kvantové mechaniky Paradoxy kvantové mechaniky Karel molek Ústav technické a experimentální fyziky, ČVUT Bezinterakční měření Mějme bombu, která je aktivována velmi citlivým mechanismem v podobě zrcátka, které je propojeno

Více

2. 1 S T R U K T U R A A V L A S T N O S T I A T O M O V É H O J Á D R A

2. 1 S T R U K T U R A A V L A S T N O S T I A T O M O V É H O J Á D R A 2. Jaderná fyzika 9 2. 1 S T R U K T U R A A V L A S T N O S T I A T O M O V É H O J Á D R A V této kapitole se dozvíte: o historii vývoje modelů stavby atomového jádra od dob Rutherfordova experimentu;

Více

Wilsonova mlžná komora byl první přístroj, který dovoloval pozorovat okem dráhy elektricky

Wilsonova mlžná komora byl první přístroj, který dovoloval pozorovat okem dráhy elektricky Mlžná komora Kristína Nešporová, G. Boskovice Tomáš Pikálek, G. Boskovice Martin Valko, SPŠE a VOŠ Olomouc Abstrakt Tato práce se zabývá problematikou detekce ionizujícího záření pomocí difúzní mlžné komory.

Více

Na ženevském letišti jsem na své první cestě do

Na ženevském letišti jsem na své první cestě do Kapitola 3 Místo zvané CERN Na ženevském letišti jsem na své první cestě do CERNu přistál v 10 hodin 35 minut dne 2. dubna roku 2009 po asi hodinovém letu z Paříže. Málem jsem odlet nestihl, protože nastal

Více

Kosmické záření a astročásticová fyzika

Kosmické záření a astročásticová fyzika Kosmické záření a astročásticová fyzika Jan Řídký Fyzikální ústav AV ČR Obsah Kosmické záření a současná fyzika. Historie pozorování kosmického záření. Současné znalosti o kosmickém záření. Jak jej pozorujeme?

Více

Jak nám vládne symetrie. Jan Kábrt

Jak nám vládne symetrie. Jan Kábrt Jak nám vládne symetrie Jan Kábrt Co se učívá ve školách Osová a středová souměrnost, otočení, posunutí. Krystaly, květy, těla živých tvorů. Pohyby těles ve Sluneční soustavě. Děje ve fyzice a v chemii.

Více

Inovace výuky prostřednictvím šablon pro SŠ

Inovace výuky prostřednictvím šablon pro SŠ Název projektu Číslo projektu Název školy Autor Název šablony Název DUMu Stupeň a typ vzdělávání Vzdělávací oblast Vzdělávací obor Tematický okruh Inovace výuky prostřednictvím šablon pro SŠ CZ.1.07/1.5.00/34.0748

Více

Referát z atomové a jaderné fyziky. Detekce ionizujícího záření (principy, technická realizace)

Referát z atomové a jaderné fyziky. Detekce ionizujícího záření (principy, technická realizace) Referát z atomové a jaderné fyziky Detekce ionizujícího záření (principy, technická realizace) Měřicí a výpočetní technika Šimek Pavel 5.7. 2002 Při všech aplikacích ionizujícího záření je informace o

Více

Měření hmoty Higgsova bosonu podle doby letu tau leptonu

Měření hmoty Higgsova bosonu podle doby letu tau leptonu Měření hmoty Higgsova bosonu podle doby letu tau leptonu Jana Nováková, Tomáš Davídek UČJF Higgs -> tau tau na LHC v oblasti malých hmot Higgse dává významný příspěvek měřitelné v oblasti m H [115, 140]

Více

VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU V LÁTKÁCH

VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU V LÁTKÁCH VEDENÍ ELEKTRICKÉHO PROUDU V LÁTKÁCH Jan Hruška TV-FYZ Ahoj, tak jsme tady znovu a pokusíme se Vám vysvětlit problematiku vedení elektrického proudu v látkách. Co je to vlastně elektrický proud? Na to

Více

DOUTNAVÝ VÝBOJ. Další technologie využívající doutnavý výboj

DOUTNAVÝ VÝBOJ. Další technologie využívající doutnavý výboj DOUTNAVÝ VÝBOJ Další technologie využívající doutnavý výboj Plazma doutnavého výboje je využíváno v technologiích depozice povlaků nebo modifikace povrchů. Jedná se zejména o : - depozici povlaků magnetronovým

Více

Koronové a jiskrové detektory

Koronové a jiskrové detektory Koronové a jiskrové detektory Charakteristika elektrického výboje v plynech Jestliže chceme použít ionizační účinky na detekci jaderného záření, je třeba poznat jednotlivé fáze ionizace plynu a zjistit

Více

4.4.6 Jádro atomu. Předpoklady: Pomůcky:

4.4.6 Jádro atomu. Předpoklady: Pomůcky: 4.4.6 Jádro atomu Předpoklady: 040404 Pomůcky: Jádro je stotisíckrát menší než vlastní atom (víme z Rutherfordova experimentu), soustřeďuje téměř celou hmotnost atomu). Skládá se z: protonů: kladné částice,

Více

1. přeshraniční Zemská výstava

1. přeshraniční Zemská výstava 1. přeshraniční Zemská výstava Český Krumlov Regionální muzeum v Č. Krumlově: výstava nerealizovaných projektů od středověku do roku 1989 s názvem Co by, kdyby Židovská synagoga: 4 fotografové, 2 země,

Více

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Praktikum IV

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Praktikum IV Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK Praktikum IV Úloha č. A13 Určení měrného náboje elektronu z charakteristik magnetronu Název: Pracoval: Martin Dlask. stud. sk.: 11 dne:

Více

Úvod do moderní fyziky

Úvod do moderní fyziky Úvod do moderní fyziky letní semestr 2015/2016 Vyučující: Ing. Jan Pšikal, Ph.D Tématický obsah přednášek speciální a obecná teorie relativity kvantování energie záření, vlnové vlastnosti částic struktura

Více

2. 4 F Y Z I K A E L E M E N T Á R N Í C H ČÁSTIC

2. 4 F Y Z I K A E L E M E N T Á R N Í C H ČÁSTIC 2. Jaderná fyzika 69 2. 4 F Y Z I K A E L E M E N T Á R N Í C H ČÁSTIC V této kapitole se dozvíte: co je předmětem studia fyziky elementárních částic; jak se částice na základě svých vlastností třídí do

Více

Objevy v oblasti antiferomagnetických materiálů mění způsob ukládání dat

Objevy v oblasti antiferomagnetických materiálů mění způsob ukládání dat Objevy v oblasti antiferomagnetických materiálů mění způsob ukládání dat Vedoucí Oddělení spintroniky a nanoelektroniky ve Fyzikálním ústavu Akademie věd ČR Tomáš Jungwirth informoval účastníky LII. zasedání

Více

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/02.0012 GG OP VK

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/02.0012 GG OP VK Fyzikální vzdělávání 1. ročník Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník 1 Elektřina a magnetismus - elektrický náboj tělesa, elektrická síla, elektrické pole, kapacita vodiče - elektrický proud v látkách, zákony

Více

Metody využívající rentgenové záření. Rentgenovo záření. Vznik rentgenova záření. Metody využívající RTG záření

Metody využívající rentgenové záření. Rentgenovo záření. Vznik rentgenova záření. Metody využívající RTG záření Metody využívající rentgenové záření Rentgenovo záření Rentgenografie, RTG prášková difrakce 1 2 Rentgenovo záření Vznik rentgenova záření X-Ray Elektromagnetické záření Ionizující záření 10 nm 1 pm Využívá

Více

Higgsův boson. Závěrečná práce. Základní škola sv. Voršily v Olomouci Aksamitova 6, Olomouc. Autor: Marek Vysloužil, Václav Cenker.

Higgsův boson. Závěrečná práce. Základní škola sv. Voršily v Olomouci Aksamitova 6, Olomouc. Autor: Marek Vysloužil, Václav Cenker. Základní škola sv. Voršily v Olomouci Aksamitova 6, 772 00 Olomouc Higgsův boson Závěrečná práce Autor: Marek Vysloužil, Václav Cenker Třída: IX Vedoucí práce: Mgr. Vilém Lukáš Olomouc 2013 Obsah Úvod...

Více

1. Zadání Pracovní úkol Pomůcky

1. Zadání Pracovní úkol Pomůcky 1. 1. Pracovní úkol 1. Zadání 1. Ověřte měřením, že směry výletu anihilačních fotonů vznikajících po β + rozpadu jader 22 Na svírají úhel 180. 2. Určete pološířku úhlového rozdělení. 3. Vysvětlete tvar

Více

Elektřina a magnetismus úlohy na porozumění

Elektřina a magnetismus úlohy na porozumění Elektřina a magnetismus úlohy na porozumění 1) Prázdná nenabitá plechovka je umístěna na izolační podložce. V jednu chvíli je do místa A na vnějším povrchu plechovky přivedeno malé množství náboje. Budeme-li

Více

Zeemanův jev. 1 Úvod (1)

Zeemanův jev. 1 Úvod (1) Zeemanův jev Tereza Gerguri (Gymnázium Slovanské náměstí, Brno) Stanislav Marek (Gymnázium Slovanské náměstí, Brno) Michal Schulz (Gymnázium Komenského, Havířov) Abstrakt Cílem našeho experimentu je dokázat

Více

Metody využívající rentgenové záření. Rentgenografie, RTG prášková difrakce

Metody využívající rentgenové záření. Rentgenografie, RTG prášková difrakce Metody využívající rentgenové záření Rentgenografie, RTG prášková difrakce 1 Rentgenovo záření 2 Rentgenovo záření X-Ray Elektromagnetické záření Ionizující záření 10 nm 1 pm Využívá se v lékařství a krystalografii.

Více