Masterclass i partikkelfysikk



Like dokumenter
Introduksjon til partikkelfysikk. Trygve Buanes

LHC girer opp er det noe mørk materie i sikte?

Eirik Gramstad (UiO) 2

Hvordan skal vi finne svar på alle spørsmålene?

VELKOMMEN TIL INTERNATIONAL MASTERCLASSES 2017 FYSISK INSTITUTT, UNIVERSITETET I OSLO

Hva har LHC lært oss om partikkelfysikk så langt?

CERN og The Large Hadron Collider. Tidsmaskinen

Hvordan skal vi finne svar på alle spørsmålene?

Higgspartikkelen. Bjørn H. Samset, UiO

Eksperimentell partikkelfysikk. Kontakt :

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

Higgspartikkelen er funnet, hva blir det neste store for CERN?

Theory Norwegian (Norway)

MELLOM MIKRO - OG MAKROKOSMOS KAN BIG BANG HISTORIEN ETTERPRØVES?

LHC - FYSIKK. 10/22/2010 F. Ould-Saada: LHC - Fysikk 1

European Organization for Nuclear Research. , "CERN for Videregående"

URSTOFF VAKUUM KVARK-GLUON PLASMA

ATLAS Detector Monitoring with Jets

Årsrapport 2010 Kjerne- og partikkelforskning/kjernpar ( )

Siste resultater fra ATLAS Higgs søk

Modell, Cold Dark Matter, Normal text - click to edit

VEILEDNING TIL HANDS-ON-CERN, Z-SPORET

Normal text - click to edit

Department of Physics and Technology. ATLAS + Higgs. Norwegian Teacher Programme Steffen Mæland. uib.no

UT I VERDENSROMMET! Normal text - click to edit. Mørk materie Universets ekspansjon Mørk energi

Egil Lillestøll, Lillestøl,, CERN & Univ. i Bergen,

AST1010 En kosmisk reise

ERGO Fysikk. 3FY. AA (Reform 94) - 8. Relativitetsteori Tid - Fagstoff. Innholdsfortegnelse

Vitenskap åpner grenser

Masterclass partikkelfysikk i klasserommet

VEILEDNING TIL HANDS-ON-CERN Z-SPORET

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 5: Dopplereffekten Relativitetsteori Partikkelfysikk

VAKUUM: INGENTING? GAMLE GREKERE: INTET finnes ikke fordi verden må forklares. INTET kan ikke forklares. Heller er det slik at verden er full av noe.

Senter for Nukleærmedisin/PET Haukeland Universitetssykehus

Midtsemesterprøve i FY3403 PARTIKKELFYSIKK Onsdag 22. oktober :15 16:00

Universet som forsvant. Are Raklev

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 5: Fysikken i astrofysikk, del 2

Eksamen i FY3403/TFY4290 PARTIKKELFYSIKK Mandag 12. desember :00 13:00

European Organization for Nuclear Research. "CERN for Videregående"

Institutt for fysikk Fakultet for fysikk, informatikk og matematikk. Løsningsforslag til eksamen i FY3403 PARTIKKELFYSIKK Torsdag 31.

Kreftenes opprinnelse i rommet (Naturkreftenes prinsipp) Frode Bukten

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 5: Fysikken i astrofysikk, del 2

Normal text - click to edit

Løsningsforslag til øving 12

ØVING 13. Oppgave 1 a) Løs oppgave 1a i Øving 2 gjengitt nedenfor ved å bruke kompleks representasjon.

Moderne partikkelfysikk. Normal text - click to edit

Elementærpartikler. Are Raklev 12. mai Sammendrag Dette er et sammendrag av forelesningene om elementærpartikler.

Superstrenger. Teorigruppa, Fysisk institutt

Landskonferansen om fysikkundervisning, Gol, Hva er fysikk? Fysikk som fag og forskningsfelt i det 21. århundre. Gaute T.

REPORT SERIES UNIVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF PHYSICS. Er rom-tid symmetrisk? Diskrete rom-tids symmetrier i partikkelfysikken.

Fra Fysikkens Verden. Nr årgang. Innhold. Utgiver: Norsk Fysisk Selskap. Redaktører: Øyvind Grøn Marit Sandstad

Oskar Klein og den femte dimensjon

Er naturkonstantene konstante?

Moderne partikkelfysikk

Årsrapport Innledning. Aktiviteter

Atomfysikk og kausallov

FYS-MEK 1110 Løsningsforslag Eksamen Vår 2014

Elektrisk og Magnetisk felt

Årsrapport 2009 Kjerne- og partikkelforskning/kjernpar ( )

Årsrapport 2011 Kjerne- og partikkelforskning/kjernpar ( )

Atomfysikk og kausallov

Atomfysikk og kausallov

Årsrapport 2014 CERN-relatert forskning (CERN) ( )

GÅTE TEKNISK UKEBLAD FINNER IKKE SVAR PÅ UNIVERSETS. Utviklet slangerobot etter brann. Stor test: Batteridriller. Årets nye teknologistudier

AST1010 En kosmisk reise

Årsrapport 2012 CERN-relatert forskning (CERN) ( )

Fysikk 50 år frem i tid

Melkeveien sett fra jorda

Normal text - click to edit Partikkelfysikk og kosmologi

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 4: Fysikken i astrofysikk, del 1

Lys. Bølger. Partiklar Atom

Årsrapport 2007 Kjerne- og partikkelforskning/kjernpar ( )

Normal text - click to edit Partikkelfysikk og kosmologi

EKSAMEN I SIF4048 KJEMISK FYSIKK OG KVANTEMEKANIKK Lørdag 2. august 2003 kl

Enkel introduksjon til kvantemekanikken

Universitetet i Oslo Uttak artikler. Nyhetsklipp

Fysikk og virkelighetsoppfatning

Fysikk og virkelighetsoppfatning

Fysikk 3FY AA6227. Elever og privatister. 26. mai Videregående kurs II Studieretning for allmenne, økonomiske og administrative fag

Trygve Helgaker. 31 januar 2018

REPORT SERIES. TJjnTVERSITY OF OSLO DEPARTMENT OF PHYSICS. Tau-nøytrinoet. Lars Bugge og Farid Ould-Saada

EKSAMEN I FAG SIF4065 ATOM- OG MOLEKYLFYSIKK Fakultet for naturvitenskap og teknologi 13. august 2002 Tid:

Partikkelfysikk og Astrofysikk forener krefter og bidrag til svar på åpne spørsmål om Universets fødsel og utvikling

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 19: Kosmologi

Studier av algoritmer for tau-identifikasjon

FYS2140 Kvantefysikk, Løsningsforslag for Oblig 2

- Må vente før vi dreper raskere enn lyset-partiklene Dagbladet :42

AST1010 En kosmisk reise

Løsningsforslag til avsluttende eksamen i AST1100, høsten 2013

Løsningsforslag til prøve i fysikk

Løsningsforslag til eksamen i FY8306 KVANTEFELTTEORI Fredag 9. juni 2006

Biologi, kjemi, fysikk samme sak, ulik tilnærming?

Laboratorieøvelse 2 N

Spesiell relativitetsteori

Eksamen FY3403 Partikkelfysikk Onsdag 10. desember 2008 Løsninger

1 Universet, designet og fininnstilt

J. H. D. Jensen og H. Øverås Die Polarisation eines Müonenstrahles beim Pionenzerfall im Fluge DKNVS Forhandlinger

Elastisitetsteori. Spesiell relativitetsteori

FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 2. Sindre Rannem Bilden, Gruppe 3

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 19: Kosmologi, del I

Transkript:

Masterclass i partikkelfysikk Katarina Pajchel på vegne av Maiken Pedersen, Erik Gramstad, Farid Ould-Saada Mars, 18 2011

Innholdsfortegnelse Det I: Masterklass konseptet Det II: Teori Introduksjons til partikkelfysikkens Standardmodell Z-partikkelen Del III: Eksperiment Detektor Partikkelidentifikasjon Kollisjonsidentifikasjon Måling Evaluering Del IV: Masteclass ressurser Ressurser på nettet Demo (UiO) March 18, 2011 2 / 27

Del I: Masterclass konseptet Masterclass - et dags-projekt Formiddag: Forelesninger Lunsj Ettermiddag: Eksperiment - dataanalyse, måling Videkonferanse med 4-6 andre grupper i Europa og eksperter på CERN Masterclass ressurser kan brukes uavhengig av de organiserte programmet (UiO) March 18, 2011 3 / 27

Del I: Masterclass konseptet Lære om fundamental fysikk Aktuell kunnskap på feltet Forskningsbasert undervisning Formidlet av studenter og professorer i fagfeltet Få et inntrykk hvordan en jobber som forsker Komme til et universitet Teori og eksperiment Arbeidsoppgaver basert på reelle data og analyse verktøy Samarbeid og diskusjon Videokonferanse - kombinasjon av resultater, diskusjon (UiO) March 18, 2011 4 / 27

Del II: Teori Enerico Fermi: Young man, if I could remember the names of these particles, I would have been a botanist. (UiO) March 18, 2011 5 / 27

System i galskapen Partikkelfysikkens Standardmodellen (SM) Beskriver materiens fundamentale byggestener og vekselvirkningene (kreftene) som holder alt i hop. (UiO) March 18, 2011 6 / 27

System i galskapen Partikkelfysikkens Standardmodellen (SM) Beskriver materiens fundamentale byggestener og vekselvirkningene (kreftene) som holder alt i hop. Standardmodellen er en relativistisk kvantefeltteori Teorien er bassert på både kvantemekanikk og spesiell relativitetsteori. (UiO) March 18, 2011 6 / 27

Materiepartiklene Mangfoldet kan beskrives ved hjelp av få fundamentale byggestener kvarker ( 1 2 -spinn, ladning 2 3, 1 3 ) leptoner ( 1 2-spinn, ladning ±1, 0) All materie rundt oss bygget av opp- ned-kvarker bundet av gluoner elektroner Nøitrino gjør det mulig for partikler å henfalle til en annen type partikkel Involvert i kjerneprosesser, f. eks. i solen Tre generasjoner (UiO) March 18, 2011 7 / 27

Materiepartiklene Mangfoldet kan beskrives ved hjelp av få fundamentale byggestener kvarker ( 1 2 -spinn, ladning 2 3, 1 3 ) leptoner ( 1 2-spinn, ladning ±1, 0) All materie rundt oss bygget av opp- ned-kvarker bundet av gluoner elektroner Nøitrino gjør det mulig for partikler å henfalle til en annen type partikkel Involvert i kjerneprosesser, f. eks. i solen Tre generasjoner (UiO) March 18, 2011 7 / 27

Materiepartiklene Mangfoldet kan beskrives ved hjelp av få fundamentale byggestener kvarker ( 1 2 -spinn, ladning 2 3, 1 3 ) leptoner ( 1 2-spinn, ladning ±1, 0) All materie rundt oss bygget av opp- ned-kvarker bundet av gluoner elektroner Nøitrino gjør det mulig for partikler å henfalle til en annen type partikkel Involvert i kjerneprosesser, f. eks. i solen Tre generasjoner (UiO) March 18, 2011 7 / 27

Materiepartiklene Tre genrasjoner kvarker Bare i bundne tilstander - asymptotisk frihet mesoner - 2 kvarker baryoner - 3 kvarker geometrisk mønster Protonet stabilt Andre henfaller Tunge kvark-partikler fantes like etter Big Bang nå i kosmisk stråling og eksperimenter (UiO) March 18, 2011 8 / 27

Materiepartiklene Tre genrasjoner kvarker Bare i bundne tilstander - asymptotisk frihet mesoner - 2 kvarker baryoner - 3 kvarker geometrisk mønster Protonet stabilt Andre henfaller Tunge kvark-partikler fantes like etter Big Bang nå i kosmisk stråling og eksperimenter (UiO) March 18, 2011 8 / 27

Materiepartiklene Tre genrasjoner kvarker Bare i bundne tilstander - asymptotisk frihet mesoner - 2 kvarker baryoner - 3 kvarker geometrisk mønster Protonet stabilt Andre henfaller Tunge kvark-partikler fantes like etter Big Bang nå i kosmisk stråling og eksperimenter π + p n (UiO) March 18, 2011 8 / 27

Materiepartiklene Tre genrasjoner kvarker Bare i bundne tilstander - asymptotisk frihet mesoner - 2 kvarker baryoner - 3 kvarker geometrisk mønster Protonet stabilt Andre henfaller Tunge kvark-partikler fantes like etter Big Bang nå i kosmisk stråling og eksperimenter (UiO) March 18, 2011 8 / 27

Materiepartiklene Tre genrasjoner kvarker Bare i bundne tilstander - asymptotisk frihet mesoner - 2 kvarker baryoner - 3 kvarker geometrisk mønster Protonet stabilt Andre henfaller Tunge kvark-partikler fantes like etter Big Bang nå i kosmisk stråling og eksperimenter (UiO) March 18, 2011 8 / 27

Kraftformidlings-partiklene Fundamentale vekselvirkninger Elektromagnetisme foton γ - uendelig rekkevidde Sterk vekselvirkning gluon g - kort rekkevidde Svak vekselvirkning M(W ± ) = 80.4 GeV M(Z 0 ) = 91.2 GeV Kort levetid og rekkevidde Z produseres in q q aller gg kollisjoner Z henfall 21 muligheter (UiO) March 18, 2011 9 / 27

Kraftformidlings-partiklene Fundamentale vekselvirkninger Elektromagnetisme foton γ - uendelig rekkevidde Sterk vekselvirkning gluon g - kort rekkevidde Svak vekselvirkning M(W ± ) = 80.4 GeV M(Z 0 ) = 91.2 GeV Kort levetid og rekkevidde Z produseres in q q aller gg kollisjoner Z henfall 21 muligheter (UiO) March 18, 2011 9 / 27

Kraftformidlings-partiklene Fundamentale vekselvirkninger Elektromagnetisme foton γ - uendelig rekkevidde Sterk vekselvirkning gluon g - kort rekkevidde Svak vekselvirkning M(W ± ) = 80.4 GeV M(Z 0 ) = 91.2 GeV Kort levetid og rekkevidde Z produseres in q q aller gg kollisjoner Z henfall 21 muligheter (UiO) March 18, 2011 9 / 27

Kraftformidlings-partiklene Fundamentale vekselvirkninger Elektromagnetisme foton γ - uendelig rekkevidde Sterk vekselvirkning gluon g - kort rekkevidde Svak vekselvirkning M(W ± ) = 80.4 GeV M(Z 0 ) = 91.2 GeV Kort levetid og rekkevidde Z produseres in q q aller gg kollisjoner Z henfall 21 muligheter (UiO) March 18, 2011 9 / 27

Kraftformidlings-partiklene Fundamentale vekselvirkninger Elektromagnetisme foton γ - uendelig rekkevidde Sterk vekselvirkning gluon g - kort rekkevidde Svak vekselvirkning M(W ± ) = 80.4 GeV M(Z 0 ) = 91.2 GeV Kort levetid og rekkevidde Z produseres in q q aller gg kollisjoner Z henfall 21 muligheter (UiO) March 18, 2011 9 / 27

Kraftformidlings-partiklene Fundamentale vekselvirkninger Elektromagnetisme foton γ - uendelig rekkevidde Sterk vekselvirkning gluon g - kort rekkevidde Svak vekselvirkning M(W ± ) = 80.4 GeV M(Z 0 ) = 91.2 GeV Kort levetid og rekkevidde Z produseres in q q aller gg kollisjoner Z henfall 21 muligheter = 6 (UiO) March 18, 2011 9 / 27

Kraftformidlings-partiklene Fundamentale vekselvirkninger Elektromagnetisme foton γ - uendelig rekkevidde Sterk vekselvirkning gluon g - kort rekkevidde Svak vekselvirkning M(W ± ) = 80.4 GeV M(Z 0 ) = 91.2 GeV Kort levetid og rekkevidde Z produseres in q q aller gg kollisjoner Z henfall 21 muligheter (UiO) March 18, 2011 9 / 27

Z Henfall Vi skal bare se på to av dem: Z ee Z µµ (UiO) March 18, 2011 10 / 27

Invariant masse Vi observerer ikke direkte Z partikkelen Beregner invariant masse av dens henfallsprodukter Eisteins spesielle relativitets teori Energi og masse nært forbundet Energi og bevegelsesmengde bevart Invariant masse ( n ) (m0 Z ) 2 E 2 ( n ) i p 2 i = c 2 c 2 i=1 n = 2 i=1 (UiO) March 18, 2011 11 / 27

Del III: Eksperimenter (UiO) March 18, 2011 12 / 27

Verktøy for partikkelfysikk eksperimenter Akselerator Large Hadron Collider - LHC - skaper stråler av høyenergi-partikler Akselererer bunter av protoner opp til 99.9999991% av lysets hastighet 2808 bunter per stråle, 1.15 10 11 protoner per bunt Protonenes energi: 7 TeV (terra elektron volt, 10 12 ev) Total energi i strålen: 362 MJ (UiO) March 18, 2011 13 / 27

Verktøy for partikkelfysikk eksperimenter Detektor - et mikroskop som fungerer som er digitalt kamera Der er fire detektorer (eksperimenter) langs LHC ringen ALICE, LHCb, CMS, ATLAS ATLAS - designet for å studere mange ulike prosesser Diameter: 25 m, Lengde: 46 m Krav: strålingshard og uhyre rask (1 milliard kollisjoner per sekund) (UiO) March 18, 2011 14 / 27

Detektor et stort digitalkamera I gode gamle dager tok man bilder av partikkelspor I dag trenger vi høy oppløsning, og veldig raskt kamera Løk-struktur, ulike deler registrerer ulike partikler (UiO) March 18, 2011 15 / 27

Detektor et stort digitalkamera I gode gamle dager tok man bilder av partikkelspor I dag trenger vi høy oppløsning, og veldig raskt kamera Løk-struktur, ulike deler registrerer ulike partikler Du må være veldig rask: 1 milliard kollisjoner per sekund (UiO) March 18, 2011 15 / 27

Detektor et stort digitalkamera I gode gamle dager tok man bilder av partikkelspor I dag trenger vi høy oppløsning, og veldig raskt kamera Løk-struktur, ulike deler registrerer ulike partikler Du må være veldig rask: 1 milliard kollisjoner per sekund...og veldig kresen Interessante prosesser er sjeldne, en i 10 13 = 10000000000000 (Higgs boson) (UiO) March 18, 2011 15 / 27

Partikkel identifikasjon Elektron/positron Ladd partikkel: spor i spordetektor Energi i elektromagnetisk kalorimeter (UiO) March 18, 2011 16 / 27

Partikkel identifikasjon Muon/anti-muon Ladd partikkel: spor i spordetektor Små energiavsetninger i kalorimeterne Treff i muonkamrene (UiO) March 18, 2011 17 / 27

Partikkel identifikasjon Protoner Neutroner Fotoner Neutrinoer - /E T Mer om partikkel identifikasjon: https://kjende.web.cern.ch/kjende/en/zpath teilchenid1.htm (UiO) March 18, 2011 18 / 27

Proton kollisjoner (UiO) March 18, 2011 19 / 27

Proton kollisjoner (UiO) March 18, 2011 20 / 27

Event identifikasjon Mange vekselvirkninger Mange partikler med liten energi Kutt for å se de interessante partiklene = (UiO) March 18, 2011 21 / 27

Event identifikasjon (UiO) March 18, 2011 22 / 27

Event identifikasjon (UiO) March 18, 2011 22 / 27

Event identifikasjon (UiO) March 18, 2011 23 / 27

Event identifikasjon (UiO) March 18, 2011 23 / 27

Event identifikasjon (UiO) March 18, 2011 24 / 27

Event identifikasjon (UiO) March 18, 2011 24 / 27

Event identifikasjon (UiO) March 18, 2011 25 / 27

Eksperiment Z-path: https://kjende.web.cern.ch/kjende/en/zpath.htm Utviklet av Maiken Pedersen, Eirik Gramstad, Farid Ould-Saada, UiO (UiO) March 18, 2011 26 / 27

Reklame: Masterclass i partikkelfysikk Internasjonalt skoleprosjekt 4-6 grupper i Europa Felles program Forelesninger Eksperiment - analyse Videokonferanse - kombinasjon av resultater, diskusjon med eksperter, quiz Neste gang ca. mars 2012 http://www.fys.uio.no/ maikenp/masterclass/veiledning/ http://www.fys.uio.no/ maikenp/masterclass/veiledning/en/2011/ http://www.fys.uio.no/ maikenp/masterclass/mcvitensentrene/ (UiO) March 18, 2011 27 / 27