Kvarky, leptony, Higgsovy i jiné bosony a vůbec ta částicová havěť. Jiří Dolejší, Ústav částicové a jaderné fyziky MFF UK JDF 7. 2.

Transkript

1 Kvarky, leptony, Higgsovy i jiné bosony a vůbec ta částicová havěť Jiří Dolejší, Ústav částicové a jaderné fyziky MFF UK JDF

2 Standardní model kvarksismus - leptonismus Viz Částicová fyzika pro začátečníky, taháky viz Particle data group

3 Antičástice Paul Adrien Maurice Dirac ( )

4 Antičástice Carl David Anderson ( )

5 Antičástice Nobelovy ceny: 1933 Erwin Schrödinger, Paul Adrien Maurice Dirac (Paul A. M. DIRAC: Theory of electrons and positrons, Nobel Lecture, December 12, 1933) 1934 neudělena 1935 James Chadwick 1936 Victor Franz Hess, Carl David Anderson (Carl D. Anderson: The production and properties of positrons, Nobel Lecture, December 12, 1936)

6 Antičástice Aplikace: PET idea kolem 1960 realizace 1976 F18 Nuclide data Half-life (20) min Decay products Isotope mass 18 O (6) u Binding energy ± kev Decay mode Decay energy Positron emission (97%) MeV Electron capture (3%) MeV

7 Neutrino Wolfgang Ernst Pauli ( )

8 Neutrino Clyde Lorrain Cowan Jr ( ) Frederick Reines ( ) 1956

9 Neutrino Nobelovy ceny: 1945 Wolfgang Pauli 1988 Leon M. Lederman, Melvin Schwartz, Jack Steinberger ( for the neutrino beam method and the demonstration of the doublet structure of the leptons through the discovery of the muon neutrino ) 1995 Martin L. Perl, Frederick Reines

10 Neutrino teď: Experiment Daya Bay

11 Daya Bay 11

12 12

13 Rovnice pro relativistickou energii E 2 4 m c p 2 c 2 může být přepsána do tvaru E 2 p 2 c m c. Energie a hybnost mají v různých vztažných soustavách jiné hodnoty - láhev v mé ruce ve vlaku nemá žádnou kinetickou energii vzhledem k vlaku, ale může mít docela podstatnou energii vzhledem k zemi či osobě u trati. Ale ten speciální výraz nahoře - rozdíl kvadrátů E a p - se vždy rovná (nezávisle na vztažné soustavě) kvadrátu klidové hmotnosti částice vynásobené c 4, což je konstanta. Tato vlastnost vede k překvapivě jednoduchému způsobu, jak měřit hmotnosti nestabilních částic: Nestabilní částice s neznámou hmotností M E, p E p E 1 E 2 p 1 p 2 E, p E 1 2 1, p 2 Změřte energie a hybnosti produktů E, p rozpadu 1 1 a E, p 2 2 a potom spočítejte ( E1 E2) ( p1 p2) c M c Dostanete hmotnost M! 4. V knihách o teorii relativity se můžete setkat s pojmem čtyřvektor energie-hybnosti, invariantní hmotnosti atd. Tyto pojmy se týkají přesně našeho tématu, poučte se více... 13

14 Di-muon resonances Full data sample Simple analysis: LVL1 muon trigger with p T ~ 6 GeV threshold 2 opposite-sign muons reconstructed by combining tracker and muon spectrometer both muons with z <1 cm from primary vertex Looser selection: includes also muons made of Inner Detector tracks + Muon Spectrometer segments Distances between resonances fixed to PDG values; Y(2S), Y(3S) resolutions fixed to Y(1S) resolution 14

15 Všichni hledají Higgse Peter Ware Higgs (* )

16

17

18 Velmi řídký proces!!! 1 pb= m 2 o deset řádů méně častý než běžné hadronové procesy. Proto potřebujeme hodně pp srážek

19 Tevatron Fermilab luminosita účinný průřez = počet událostí Příklad: 15 fb -1 0,005 pb = 75

20 4. Července 2012 A day to remember

21 The distribution of the four-lepton invariant mass, m 4l, for the selected candidates, compared to the background expectation in the 80 to 250 GeV mass range, for the combination of the s = 7 TeV and s = 8 TeV data. The signal expectation for a SM Higgs with m H = 125 GeV is also shown.

22

23 Combined search results: (a) The observed (solid) 95% CL upper limit on the signal strength as a function of m H and the expectation (dashed) under the background-only hypothesis. The dark and light shaded bands show the plus/minus one sigma and plus/minus two sigma uncertainties on the backgroundonly expectation. (b) The observed (solid) local p0 as a function of m H and the expectation (dashed) for a SM Higgs boson signal hypothesis (m = 1) at the given mass. (c) The best-fit signal strength m as a function of m H. The band indicates the approximate 68% CL interval around the fitted value.

24 Je to asi on, zbývá ho kompletně usvědčit

25 O jiném: těžké ionty RHIC, první GeV Au+Au na STAR

26 Skok v energii, Na urychlovači RHIC se srážejí vstřícné svazky jader zlata ( 79 Au 197 ) s energiemi 100 GeV GeV (ale také protony 250 GeV GeV) krok do neznáma Na urychlovači LHC se srážejí vstřícné svazky protonů, plánovaná energie je GeV GeV, plánují se svazky jader olova ( 82 Pb 207 ) s energiemi GeV GeV 3,8 km 27 km

27

28 28

29 jádro jádro

30 proton proton

31 proton proton

32 více protonů více protonů

33 proton proton

34 Srážky těžkých iontů Šíření rychlých partonů v médiu Parametry: Střední volná dráha l, opacita <n>=l / l, transportní koeficient přenos kvadrátu hybnosti na jednotkovou délku q Prvotní srážka partonů Fragmentace na finální částice Délka dráhy partonu v médiu L Různé modely (Baier, Dokschitzer, Mueller, Peigné, Schiff Armesto, Salgado, Wiedemann Gyulassy, Lévai, Vitev HT: Luo, Qiu, Sterman Arnold, Moore, Yaffe), používající poruchovou QCD, liší se rolí ztrát ve srážkách s partony média a ztrát vyvolaných gluonovým brzdným zářením.

35

36

37

38

39 Proč se tím zabýváme na MFF? 39

40 Proč se tím zabýváme všude? 40

41 Proč se tím zabýváme? Fyzika srážek těžkých iontů je jedno z integrujících témat na ÚČJF (experiment + teorie, jádro + částice). Některé otázky jsou přístupné pro bakaláře, magisterští studenti se přirozeně začleňují do mezinárodní vědecké komunity (Balek Kosek Rybář Spousta) Fyzika těžkých iontů je pokročilá, ale krásně nehotová s perspektivou nových experimentálních dat a tím stimulace teorie. Fyzika je tu stále dobrodružství poznání. 41