RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

Bland partiklar och tunga joner

- om forskningen vid CERN

• Vad har vi lärt oss?• Vilka är frågorna idag?• Hur söker vi svaren?

RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

Kvarkar

Leptoner

upp

ner

elektron

e-neutrino

Första familjen

De minsta byggstenarna à là Standardmodellen

+ antipartiklar för alla partiklarna

<1

<1

0.0005

toppbotten

Andra familjen

m-neutrino

charm

sär

muon

Tredje familjen

t-neutrino

tau

1,5

<1

0.1

174

5

1,8

RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

15 miljarder år 5 miljarder år

1 miljard år

1013 sek = 300000 år

100 sek

10-10 sek

10-34 sek

10-43 sek

Hit når LHC

Partikelfysikens och kosmologins Standardmodeller beskriver Universums utveckling

RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

Några viktiga frågor:

• Varför har partiklarna massa?

• Varför domineras universum av materia? eller Vart tog antimaterian

vägen?

• Vad består universums mörka materia av?

• Finns det extra dimensioner?

• Kan vi skapa kvark-gluon-plasma?

RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

---

+ ++

+++

Ljuset får en ”tröghet” i glaset genom att växelverka med glasets laddade smådelar. Trögheten kan ses som massa.

Rörelse-energi

=Rörelse-energi och massa (E = mc2)

I ett material, t.ex. glas, går ljuset långsammare än i luft

Hur får partiklar massa i Standardmodellen?Jämför med ljus som passerar genom glas!

En partikel får “tröghet” - massa- genom att växelverka med fältet!

Om Higgsfältet finns så finns en Higgspartikel som vi kommer att upptäcka vid LHC!!

Higgsfältet finns överallt - om det finns…

RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

• Varje kvark och lepton har sin antikvark respektive antilepton.

• Partikel och antipartikel förintar varandra.

ANTIMATERIA

e- e+

• Enligt Big Bang teorin skapades universum symmetriskt - lika mycket materia som antimateria.• Varför har inte allt förintats? Varför finns vi - bara materia - kvar i universum?

• Vid LHC kan vi göra noggranna mätningar av asymmetrien I andra partikelsystem.

• Vi har mätt en liten asymmetri mellan materia och antimateria - men det tycks för liten!

RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

Vad består Universum av?• Atomer - “vanlig” materia - ca 4%. Beskrivs av Standardmodellen.

• Mörk materia - ca 23%. Vi vet inte vad den består av! Supersymmetri??

• Mörk energi - någon totalt okänd form av energi som får universums expansion att accelerera.

Om supersymmetri finns har varje partikel en “skugga”. Den lättaste “skuggan” (ganska tung…) kan vara stabil och utgöra mörk materia. I så fall hittar vi den vid LHC!!

RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

Gravitationen svår att beskriva med kvantteori!

• Bästa försöket - supersträngar - kräver SUSY och “extra dimensioner”, 11 stycken!

•Om gravitationen inte är så svag, kanske minimala svarta hål kan skapas och upplösas vid LHC?

• Varför är gravitationen så svag jämfört med de andra naturkrafterna? Den kanske inte är så svag! Den kanske läcker ut till “extra dimensioner” som vi inte kan uppfatta?

RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

För att söka svaren behöver vi LHC - Large

Hadron Collider

Vi behöver många kollisioner så att vi kan studera även sällsynta partiklar.

40 millioner kollisoner per sekund!

Partiklar ska kollidera vid hög energi så att vi kan skapa tunga nya partiklar, E=mc2.

Proton-proton kollisioner vid en energi av 14 TeV - världsrekord med en faktor 7! Blykärnekollisioner vid en energi av 1150 TeV.

LEP/LHC (27 km)

SPS (7 km)

Ska börja köra 2007.

RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

Vi behöver detektorer för att se spåren av de nya tunga partiklarna.

ett samarbete mellan nästan 2000 fysiker från ca 150 institutioner i hela världen

7000 ton, 44 m lång, 22 m diameter

vissa element skall positioneras med en precision bättre än 100 m

KTH

Uppsala, Lunds univ.

Stockholms univ.

ATLAS, en detektor som kan mäta “allt”

RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

ATLAS jämförd med 6-våningshus

RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

Higgspartikeln kan sönderfalla till

2 Z-partiklar,

som i sin tur sönderfaller till

4 elektroner/positroner, vars spår vi ser i spårdetektorn och elektromagnetiska kalorimetern.

Hur kan vi “se” Higgspartikeln i ATLAS?

RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

ALICE Detektorn vid LHC - specialbyggd för att studera blykärne-kollisioner

En utmaning - 84210 partiklar har bildats i kollisionen!

Lunds universitet bidrar till spårdetektorn.

Söker ett nytt materietillstånd, det s.k. Kvark-Gluon Plasmat.

Detta nya tillstånd var rådande till några mikrosekunder efter Big Bang.

RIFO 2 februari 2005, Kerstin Jon-And

Spännande framtid…

•Vi ser med spänning och förväntan fram mot att få analysera data från kollisioner i LHC!

•Vem vet hur vår världsbild kan komma att förändras…