LHC sesong 2 er i gang. Hva er det neste store for CERN?

Transkript

1 LHC sesong 2 er i gang. Hva er det neste store for CERN? Etterutdanningskurs 20. november 2015 Fysisk institutt Post Doc i partikkelfysikk

2 Hvordan er naturen skrudd sammen? 18 elementærpartikler elementære; de kan ikke deles opp i mindre deler 12 er materiepartikler og utgjør materien; det vi ser rundt oss 6 er kraftpartikler og beskriver hvordan materiepartiklene reagerer med hverandre i tillegg kommer like mange anti-partikler, som er (nesten) helt like partiklene og utgjør anti-materie 2

3 Hvordan er naturen skrudd sammen? Bygger opp protonene/nøytronene + Bygger opp atomer/grunnstoffer Atomer kan gå over til andre atomer n p + p + n Den svake kjernekraften Elektromagneti sme (lys) Den sterke kjernekraften Gir partiklene masse 3

4 La oss starte med en suksesshistorie! 4

5 Hvorfor har partiklene masse? de består av ingenting! de er uendelig små! men de har veldig forskjellige masser! ca kg (opp-kvarken) ca. 70kg (topp-kvarken) 5

6 Hvorfor har partiklene masse? Higgspartikkelen ble oppdaget på CERN i 2012! resulterte i Nobelprisen i fysikk til François Englert og Peter Higgs i 2013! beviste at denne partikkelen måtte eksistere allerede i 1964 Higgspartikkelen beskriver hvordan de andre partiklene får masse essensielt for at vi i det hele tatt kan eksistere! 6

7 Når ble partiklene massive? Gass Flytende Fast 7

8 Higgsfeltet et symmetribrudd 8

9 Higgsfeltet et symmetribrudd Den eneste ukjente parameteren var massen til Higgsbosonet den har vi nå målt i eksperimenter Det åpner opp for mange spennende tolkninger 9

10 Vi lever i et metastabilt univers Gitt at det ikke «skjer» noe mellom vår energiskala (~200GeV) og (10 16 )GeV Uansett; ikke veldig sannsynlig at vi skal klare å komme oss ut av vårt lokale minimum 10

11 Fire krefter var en gang bare én kraft Symmetrien brutt v.h.a. Higgsmekanismen vi vet fortsatt ikke om Higgsfeltet gir masse til de andre partiklene (kvarkene og leptonene) Higgsfeltet er det første skalarfeltet som er oppdaget er det fler? skalarfelt kan forklare vakuumenergien i universet skalarfelt kan være det som forårsaket en eksponentiell ekspansjon av universet rette etter det BigBang! 11

12 Partikkelfysikkskala 12

13 Oppdagelsen av Higgs åpnet opp for mange nye spørsmål Hva nå? 13

14 Hva består universet vårt av? 14

15 Hva består universet vårt av? 15

16 Hva består universet vårt av? 27 % mørk materie 16

17 Hva består universet vårt av? meg og deg verden rundt oss solsystemet vårt melkeveien alle stjernene alle galaksene alle planetene 27 % mørk materie dette er alt vi vet om universet, og som vi kan beskrive med modellen vår 17

18 Hva vet vi om mørk materie og mørk energi? Veldig lite vi kan ikke se det; det er mørkt Håpet er at man kan oppdage mørk materie på CERN og endelig forstå hva 96 % av universet vårt er laget av 18

19 Hvorfor eksisterer universet? materie Energi anti-materie det tidlige univers vårt univers Hva skyldes dette? Hvorfor var det slik rett etter the Big Bang? 19

20 Hvorfor er gravitasjonskraften så svak? Kraft Styrke Sterke kjernekraften 1 Svake kjernekraften 10-6 Elektromagnetiske kraften 1/137 Gravitasjonskraften

21 Hvordan kan vi undersøke det aller første? Energi kan aldri oppstå og aldri tilintetgjøres, men kan kun gå over i andre former 21

22 Hvordan kan vi undersøke det aller minste? dersom ting beveger seg veldig, veldig fort, nær lysets hastighet, gjelder helt nye regler Einsteins spesielle relativitetsteori sier at masse og energi i realiteten er det samme Energi Masse Lyshastigheten lyshastigheten, c, er km/h ca. 7 ½ gang rundt jorda i sekundet ca. 8 min herfra til sola 22

23 Masse går over til energi 23

24 Energi går over til masse? E = mc 2 I vår makroskopiske verden (mye saktere enn lyshastigheten): 24

25 Energi går over til masse? E = mc 2 I partiklenes verden (nesten lyshastighet): 25

26 Hva trenger vi? Vi trenger noe som går veldig fort har masse energi er veldig lite vi må akselerere bittesmå partikler til kjempestore hastigheter 26

27 Partikkelakseleratoren, LHC, på CERN en 27 kilometer lang tunnel 100 meter under bakken totalt kostet 24 milliarder kroner Norge har bidratt med 480 millioner! klumper med 1000 milliarder protoner beveger seg rundt i ringen med en hastighet på 99, % av lyshastigheten runder i sekundet motsatt vei i ringen går like mange protoner i like stor fart ganger i sekundet kolliderer de med hverandre 27

28 Partikkelakseleratoren, LHC, på CERN en 27 kilometer lang tunnel 100 meter under bakken klumper med 1000 milliarder protoner beveger seg rundt i ringen med en hastighet på 99, % av lyshastigheten 3,1m/s (11,2 km/h) saktere enn lyshastigheten mer energi betyr at vi kan lage tyngre partikler! f.eks. Mørk materie! totalt kostet 24 milliarder kroner Norge har bidratt med 480 millioner! 28

29

30 LHC så langt og veien videre Antall proton-proton kollisjoner: fram til 2012: ved 7 og 8 TeV i år: ved 13 TeV høyere energi og intensitet enn noen gang tidligere men vi er fortsatt bare i startfasen vi trenger flere kollisjoner for å kunne utforske det ukjente Kirsebær lages i 1/1000 kollisjoner Rosa pærer lages i 1/ kollisjoner I år: 278 milliarder 30 LHC starter opp igjen med proton-proton kollisjoner neste år vi håper på mange, mange flere kollisjoner I år: 2780

31 aka Supersymmetri? En dobling av antall partikler Mørk materie? Hvis SUSY partikler alltid er produsert i par kan inneholde en kandidat til mørk materie Kan forklare gravitasjon Nødvendig for strengteori Ingen SUSY partikler er funnet enda 31

32 Vi må måle hva som skjer 32

33 Vi må måle hva som skjer gigantisk digitalkamera 33

34 Å studere resultatene Vi har flere billioner med proton-proton kollisjoner vi vil analysere fyller CD er per sekund med data lagret på maskiner rundt om i hele verden World Wide Computing Grid data analyseres ved å bruke maskiner spredt rundt i verden Du kan bidra med din maskin! ATLAS@Home: 34

35 Hva vil fremtiden bringe? vi har allerede oppdaget alt vi visste var der fra før vi har oppdaget Higgs-partikkelen og løst en av universets gåter gjort bedre og mer presise målinger men vi er bare i startfasen forventet å holde på helt til 2035 etter litt oppgradering startet vi maskinen opp igjen i år nesten dobbelt så mye energi mye høyere intensitet det er fortsatt mange ting vi ikke forstår ved universet og naturen oppdagelsen av Higgspartikkelen var bare starten på en ny æra Nye oppdagelser vil komme! Følg med på cern.ch 35

36 REKLAME 36

37 Kikke på ekte ATLAS data - Z-path Ta med ATLAS-data i klasserommet Data er tilgjengelig: Verktøy for å kikke på data: Eller bli med på International Masterclasses 2016 på Universitetet i Oslo: Partikkelfysiker for én dag 8. mars og 23. mars (tbc) 37

38 Beamline for Schools videregåendeskoleelever får mulighet til konkurrere om å utføre et eksperiment ved CERN grupper må maks 5 + en veileder innen mars 2016 må elevene lage en skriftlig prosjektbeskrivelse om hva de vil gjøre og motivasjonen for å utføre eksperimentet + en kort video i september 2016 får vinnerne lov til å utføre eksperimentet ved CERN 38

39 Framtiden i deres hender! 39

40 BACKUP 40

41 CERN grunnlagt i 1952 av 12 land deriblant Norge i dag drevet av totalt 21 medlemsland omtrent fysikere tilknyttet CERN fra mer enn 600 universiteter i mer enn 113 land årlig budsjett på 8,5 milliarder norske kroner Norge betaler 2,5 % 41