LHC – co to jest i po co nam to?

1. LHC – co to jest i po co nam to? Helena Białkowska Instytut Problemów Jądrowych LHC - wystawa PW, HB

2. LHC – LargeHadron Collider Wielki Zderzacz Hadronów- wyzwanie dla fizyki ... i dla techniki LHC - wystawa PW, HB

3. LHC to nie eksperyment!To akcelerator cząstek LHC - wystawa PW, HB

4. Akcelerator - narzędzie do badania mikroświata akcelerator LHC - wystawa PW, HB

5. Akceleratory • Służą do przyspiesznia (stabilnych) cząstek naładowanych (protonów, elektronów, pozytonów, antyprotonów) Jednostka energii: elektronowolt 1eV = 1.6·10-16J LHC - wystawa PW, HB

6. LHC - wystawa PW, HB

7. Cząstki Elementarne a rzędy wielkości Jakie są i jak oddziałują podstawowe składniki materii? LHC - wystawa PW, HB

8. Obiekty fundamentalne: leptony LHC - wystawa PW, HB

9. Obiekty fundamentalne: kwarki (górny) LHC - wystawa PW, HB

10. Oddziaływania LHC - wystawa PW, HB

11. Oddziaływania LHC - wystawa PW, HB

12. Oddziaływania LHC - wystawa PW, HB

13. LHC - wystawa PW, HB

14. Cząstki w Modelu Standardowym Tego szukamy! LHC - wystawa PW, HB

15. Model Standardowy – wspólczesna teoria cząstek elementarnych • Własności: • Opisuje trzy spośród czterech oddziaływań: elektromagnetyczne, słabe i silne. • Nie opisuje oddziaływań grawitacyjnych. • Zawiera w sobie wcześniejsze teorie: • Mechanika kwantowa, • Chromodynamika kwantowa • Teoria oddziaływań elektrosłabych • Ma 19 swobodnych parametrów, których wartości nie wyjaśnia. • Zgadza się z doświadczeniem do ułamków procenta. LHC - wystawa PW, HB

16. Czego nie wiemy? Kilka przykładów Skąd się biorą masy cząstek i czemu są takie – jakie są? Czy istnieje bozon Higgsa? Gdzie się podziała antymateria? Gdzie i czym jest niewidoczna część Wszechświata? („ciemna materia i „ciemna energia”) Czy istnieją „skryte” wymiary przestrzeni? Jak formował się wczesny Wszechświat? Jakie są własności kwarków w stanie swobodnym? (Czym jest „plazma kwarkowo-gluonowa”?) Czy istnieją cząstki „supersymetryczne”? LHC - wystawa PW, HB

17. Przyroda Plazma K-G Atomy Nukleony Jądra Dzisiaj Wielki Wybuch 10 –6 s 10 –4 s 3 min 1.5 *109 lat Eksperyment O co chodzi z tą plazmą? Jak to było ‘na początku’? ‘cofamy bieg czasu’ zderzając w LHC także jądra ołowiu! LHC - wystawa PW, HB

18. Cząstka Higgsa - źródło masy LHC - wystawa PW, HB

19. CERN LHC - wystawa PW, HB

20. Tak, jesteśmy jako kraj CERN- przed wejściem głównym – flagi państw - członków CERN-u LHC - wystawa PW, HB

21. Jezioro Genewskie Lotnisko w Genewie CERN i LHC tunel LHC (długość 27 km, ok.100m pod powierzchnią ziemi) CERN/Meyrin LHC - wystawa PW, HB

22. Wielki Zderzacz Hadronów • LHC = Large Hadron Collider(Wielki Zderzacz Hadronów) • Ostatnie „ogniwo” kompleksu akceleratorów w CERNie, obwód: 27km • p+p: E=7TeV+7TeV = 14TeV(14·1012·1.6·10-19CV=22.4·10-7J) v=99.9999991%c • 2800 paczek protonowych, 1011 protonów w paczce • Zderzenia co 25ns, około 20 oddziaływań p-p w jednym przecięciu • 4 Duże eksperymenty w tymCMS i ATLAS LHC - wystawa PW, HB

23. LHC w schematycznym przekroju LHC - wystawa PW, HB

24. LHC - wystawa PW, HB

25. LHC w liczbach LHC - wystawa PW, HB

26. LHC w liczbach – c.d. • Wiązki prowadzi i ogniskuje ogółem 9593 magnesów. Magnesy są nadprzewodzące i operują w temperaturze 1,9°K (-271,3°C). To zimniej niż w kosmosie! Temperaturę zapewnia użycie nadciekłego helu. • Próżnia w rurach wiązek też jest “lepsza” niż w kosmosie(10ˉ¹³ atm), a największa objętość, z której trzeba wypompować powietrze, jest wielkości głównej nawy dużej katedry! LHC - wystawa PW, HB

27. LHC - wystawa PW, HB

28. LHC - wystawa PW, HB

29. LHC - wystawa PW, HB

30. Detektor CMS – oddziaływania cząstek z materią LHC - wystawa PW, HB

31. LHC - wystawa PW, HB

32. Pierwsze próby z LHC LHC - wystawa PW, HB

33. Start LHC: 10 września 2008 LHC - wystawa PW, HB

34. 19/09/2008 w czasie testowania magnesów przepalił się mały element elektryczny pomiędzy 2 magnesami. W rezultacie stracono dużo chłodzącego helu. Sama naprawa przepalonego elementu zajmie bardzo mało czasu, ale najpierw trzeba ogrzać oba magnesy do normalnej temperatury, a potem powtórnie ochłodzić. Każda z tych operacji musi zająć ok. 3 tygodni. Ponieważ zaś akceleratory nie mogą działać w zimie (ze względu na koszty prądu), oznacza to, że wznowienie działalności LHC może odbyć się dopiero na wiosnę 2009. Wydarzenie 19 września 2008 LHC - wystawa PW, HB

35. 19 września 2008 – c.d. Ważne uwagi: • Zawiódł drobny element elektryczny, wszystkie elementy skomplikowane technologicznie działały bezbłędnie! • W momencie, gdy się to wydarzyło, nie było ani ludzi w tunelu, ani wiązek w akceleratorze. • Powodem nie był pośpiech, presja ani zaniedbanie. Prowadzono standardowe prace przechodzenia do wyższych prądów w magnesach. LHC - wystawa PW, HB

36. A czy „zwykłemu człowiekowi” to się na co przyda? • nowe materiały, • nowe technologie, • nowe urządzenia pomiarowe, • zastosowania w medycynie, • zastosowania w komunikacji, • zastosowania w energetyce, • zastosowania w ochronie środowiska • ... LHC - wystawa PW, HB

37. CERN Największe w świecie laboratorium fizyki, gdzie narodził się World Wide Web... ... 5 minut stąd! foto-tablica na lotnisku w Genewie • nie biznes, • nie przemysł, • nie polityka... ... FIZYKA ! Stworzyła potrzebę i znalazła rozwiązanie, z którego korzysta teraz cały świat !!! LHC - wystawa PW, HB

38. LHC - wystawa PW, HB

39. LHC - wystawa PW, HB

40. A teraz `księga cytatów’ • (na temat możliwości zastosowań • `badań podstawowych’: LHC - wystawa PW, HB

41. LHC - wystawa PW, HB

42. LHC - wystawa PW, HB

43. LHC - wystawa PW, HB

44. A jak się pracuje w takiej wielkiej współpracy? • Oczywiście, praca fizyka w eksperymencie różni się od pracy w dużym zakładzie z podobną liczbą osób. • Nie można pracować samemu! Nikt sam nie jest w stanie ogarnąć całości współczesnych skomplikowanych eksperymentów. • Ale też nie pracuje się z 2000 osobami naraz. Ani z 500, ani nawet z 10. Zwykle współpracuje się ściśle z 2-3 osobami, więc w zasadzie nie ma wielkiej różnicy z pracą w innych dziedzinach nauki. • Natomiast trzeba umieć w razie potrzeby znaleźć wśród tych 2000 osób specjalistę od problemu, którego akurat w danej chwili nie potrafimy rozwiązać. • Ponieważ zwykle każda analiza prowadzona jest przez 2 niezależne grupy, trzeba umieć porozumieć się z kolegami, którzy robią w zasadzie to samo, tylko zupełnie inaczej (oczywiście gorzej...), i mają wyniki w części podobne, ale jednak nie do końca... • Obie te umiejętności są niezwykle przydatne w tzw. życiu... LHC - wystawa PW, HB

45. A co my będziemy z tego mieli?My, Polska... • Dostęp naukowców i inżynierów do nauki i technologii na najwyższym poziomie, czego żadne państwo nie byłoby w stanie samodzielnie zapewnić! • CERN umożliwia kształcenie studentów przed i po magisterium. • CERN organizuje 3-tygodniowe kursy dla nauczycieli fizyki, po polsku i pokrywając wszelkie koszty pobytu. • Kontakt przez kuratorium LHC - wystawa PW, HB

46. A my, zwykli ludzie? Autentyczne wypowiedzi: • Czy to nie za drogi sposób zaspokajania ciekawości kilku osób? • Rety, tyle kasy! Czy nie lepiej było przeznaczyć te pieniądze na walkę z rakiem? • ... na poszukiwanie alternatywnych źródeł energii? LHC - wystawa PW, HB

47. Ustalmy proporcje: LHC – koszt rzędu paru miliardów CHF Eskadra F-16 – rzędu 1.6 mld $ LHC - wystawa PW, HB

48. To są źle postawione pytania! • Badania podstawowe muszą się rozwijać, bo tylko wtedy zapewnimy postęp i umożliwimy nowe wynalazki! • ... w szczególności na walkę z rakiem i poszukiwania nowych źródeł energii! • w przeciwnym razie natychmiast stajemy przed pytaniem, który z naszych bezpośrednich celów jest ważniejszy? Czy np. może po prostu dać wszystkie pieniądze na walkę z rakiem, a o energię zadbać w dalszej kolejności?? • Warunkiem zastosowania w praktyce nowego zjawiska jest jego uprzednie dobre poznanie – jakie przyczyny wywołują jakie skutki • Oczywiście, problem zapewnienia funduszy na rozwój biologii, fizyki, chemii, ... jest poważny • ale przecież każde gospodarstwo domowe też musi go rozwiązać! LHC - wystawa PW, HB

49. Spektakularne przykłady z przeszłości • Tomograf to akcelerator elektronów • G.Charpak, konstruktor nowych, przełomowych detektorów cząstek (1968, nagroda Nobla 1992), od razu przewidział ich zastosowanie w medycynie. • Metoda magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) jest strasznie skomplikowanym zjawiskiem z fizyki kwantowej (nagroda Nobla 1952) – a obecnie urządzenia wykorzystujące to zjawisko są standardowym wyposażeniem każdego szpitala. LHC - wystawa PW, HB

50. Spektakularne przykłady – c.d. • Louis de Broglie miał czysto teoretyczny pomysł, że cząstki mają dualną naturę – korpuskularną i falową (1924, nagroda Nobla 1929). Wkrótce (1931) w oparciu o tę koncepcję 2 niemieckich inżynierów zbudowało mikroskop elektronowy. • Laser został wynaleziony w r.1960, stosując ideę pompowania optycznego (1950, nagroda Nobla 1966). Gdyby wtedy zgromadzono wszystkich najwybitniejszych naukowców i kazano im wymyślić konkretne urządzenie do efektywnego zapisywania muzyki (bądź pomocy kasjerkom w sklepach), pewno myśleliby jeszcze do dzisiaj... LHC - wystawa PW, HB