| |||
|
Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. | |||
|
Tevatron možno objavil Higgsov bozón
Michal Marčišovský
Fyzici analyzujúci dáta z experimentu HyperCPHyperCP – malý experiment na urychlovači Tevatron, který je citlivý na měření rozdílu mezi hyperony a antihyperony. Experiment slouží ke zkoumání narušení CP symetrie. na TevatróneTevatron – synchrotron postavený ve Fermilabu v Batávii, ve státě Illinois. Do zprovoznění LHC v CERN šlo o největší urychlovač tohoto typu na světě, protony a antiprotony byl schopen v prstenci o obvodu 6,3 km urychlit až na energii 1 TeV. Šlo o kolider, jehož vstřícné svazky měly v těžišťové soustavě energii 1,96 TeV. Tevatron byl dostaven v roce 1983 a stál 120 milionů USD. Další velkou investicí byl hlavní injektor za 290 milionů USD přidaný v letech 1994 až 1999. Provoz Tevatronu byl ukončen v roce 2011. si všimli na dátach starých asi 2 roky tri podozrivé udalosti rozpadu sigma baryónovBaryon – elementární částice složená ze tří kvarků s různým barevným nábojem. Výsledná barva je „bílá“. Baryony podléhají silné interakci a patří proto mezi hadrony. Baryony složené z kvarků první generace (d, u) dělíme na nukleony se spinem rovným 1/2 (proton a neutron) a delta baryony se spinem rovným 3/2 (4 částice s různým nábojem). Baryony obsahující s kvark nazýváme hyperony. Nejznámějším je lambda hyperon. Hyperony byly hojně zastoupené v raných vývojových fázích vesmíru, často hovoříme o hyperonovém plynu. Dnes vznikají interakcí kosmického záření s horními vrstvami atmosféry a umíme je vytvořit uměle na urychlovačích. na protónProton – částice složená ze tří kvarků (duu) se spinem 1/2, hmotností 1,673×10−27 kg (938 MeV) a elektrickým nábojem +1,6×10−19 C. Proton je na běžných časových škálách stabilní, pokud se rozpadá, je poločas rozpadu větší než 1035 let. Za objevitele protonu je považován Ernest Rutherford, který v roce 1911 objevil atomové jádro při analýze rozptylu částice alfa pronikající tenkou zlatou fólií. Samotná jádra vodíku (protony) detekoval v roce 1918 při ostřelování dusíku částicemi alfa. Antiproton byl objeven v roce 1955 Emilio Segrem a Owenem Chamberlainem. a dvojicu miónMion – těžký elektron, hmotnost má 207 me. Střední doba života je přibližně 2×10−6 s. Těžký elektron se rozpadá na stabilní elektron, elektronové antineutrino a mionové neutrino. Mion se vyskytuje v sekundárních sprškách z kosmického záření. Mion byl objeven C. Andersonem v kosmickém záření za pomoci mlžné komory v roce 1936. a antimión (Σ+ → p μ+ μ−). Teoretici analyzujúci dáta si myslia, že sa tento rozpad dá interpretovať ako SUSYSUSY – SUSY (SUper SYmmetry), supersymetrie, symetrie mezi fermiony a bosony, která by se měla projevovat při vysokých energiích. Ke každému fermionu by měl existovat superpartner, který je bosonem, a naopak ke každému bosonu by měl existovat superpartner, který je fermionem. Názvy superpartnerů tvoříme příponou „ino" pro bosony a předponou „s“ pro fermiony. Tedy například foton – fotino, elektron – selektron. Přestože se tyto superpartnery zatím nepodařilo experimentálně pozorovat na urychlovači LHC, představuje supersymetrie významnou ingredienci v teorii superstrun. Higgsov bozónHiggsovy částice – částice, které se objevují ve sjednocené teorii elektromagnetické a slabé interakce (tzv. elektroslabé interakce) standardního modelu. Částice a jim odpovídající Higgsovo pole zde zajišťují nenulovou hmotnost polních částic slabé interakce a způsobují narušení symetrie elektroslabé interakce při energiích nižších než 100 GeV. Částice jsou pojmenovány podle skotského fyzika Petera Higgse. Tento mechanizmus nazýváme Higgsův mechanizmus a je aplikovatelný i na jiné částice. Existence Higgsovy částice byla s největší pravděpodobností potvrzena v červenci 2012 na dvou detektorech urychlovače LHC v CERNu. O Higgsově částici se často hovoří jako o Higgsově bosonu, Higgsově poli či jen higgsi..
|
Bosony – částice, které mají celočíselný spin, symetrickou vlnovou funkci, nesplňují Pauliho vylučovací princip a podléhají Boseho-Einsteinově statistickému rozdělení. Například jsou to všechny skalární i vektorové mezony, fotony a gluony. Při nízkých teplotách se bosony mohou hromadit v základním stavu. Higgsovy částice – částice, které se objevují ve sjednocené teorii elektromagnetické a slabé interakce (tzv. elektroslabé interakce) standardního modelu. Částice a jim odpovídající Higgsovo pole zde zajišťují nenulovou hmotnost polních částic slabé interakce a způsobují narušení symetrie elektroslabé interakce při energiích nižších než 100 GeV. Částice jsou pojmenovány podle skotského fyzika Petera Higgse. Tento mechanizmus nazýváme Higgsův mechanizmus a je aplikovatelný i na jiné částice. Existence Higgsovy částice byla s největší pravděpodobností potvrzena v červenci 2012 na dvou detektorech urychlovače LHC v CERNu. O Higgsově částici se často hovoří jako o Higgsově bosonu, Higgsově poli či jen higgsi. SUSY – SUSY (SUper SYmmetry), supersymetrie, symetrie mezi fermiony a bosony, která by se měla projevovat při vysokých energiích. Ke každému fermionu by měl existovat superpartner, který je bosonem, a naopak ke každému bosonu by měl existovat superpartner, který je fermionem. Názvy superpartnerů tvoříme příponou „ino" pro bosony a předponou „s“ pro fermiony. Tedy například foton – fotino, elektron – selektron. Přestože se tyto superpartnery zatím nepodařilo experimentálně pozorovat na urychlovači LHC, představuje supersymetrie významnou ingredienci v teorii superstrun. Tevatron – synchrotron postavený ve Fermilabu v Batávii, ve státě Illinois. Do zprovoznění LHC v CERN šlo o největší urychlovač tohoto typu na světě, protony a antiprotony byl schopen v prstenci o obvodu 6,3 km urychlit až na energii 1 TeV. Šlo o kolider, jehož vstřícné svazky měly v těžišťové soustavě energii 1,96 TeV. Tevatron byl dostaven v roce 1983 a stál 120 milionů USD. Další velkou investicí byl hlavní injektor za 290 milionů USD přidaný v letech 1994 až 1999. Provoz Tevatronu byl ukončen v roce 2011. |
Experiment HyperCP
HyperCPHyperCP – malý experiment na urychlovači Tevatron, který je citlivý na měření rozdílu mezi hyperony a antihyperony. Experiment slouží ke zkoumání narušení CP symetrie. je spektrometer pre štúdium rozpadov nabitých hyperónovHyperon – částice složená ze tří kvarků (baryon), obsahují podivný kvark s. Částice neobsahuje kvarky c, b, t. Příkladem je Lambda hyperon (Λ0 = uds) nebo sigma baryony (například Σ+ = uus). a kaónovKaon – mezon K, částice složená z jednoho kvarku a jednoho antikvarku. Jeden kvark/antikvark je z první generace (d či u) a druhý kvark/antikvark je podivný kvark s. Kaony v hojné míře vznikají v horních vrstvách atmosféry při její interakci s kosmickým zářením.. Je to experiment s pevným terčom, kde protónyProton – částice složená ze tří kvarků (duu) se spinem 1/2, hmotností 1,673×10−27 kg (938 MeV) a elektrickým nábojem +1,6×10−19 C. Proton je na běžných časových škálách stabilní, pokud se rozpadá, je poločas rozpadu větší než 1035 let. Za objevitele protonu je považován Ernest Rutherford, který v roce 1911 objevil atomové jádro při analýze rozptylu částice alfa pronikající tenkou zlatou fólií. Samotná jádra vodíku (protony) detekoval v roce 1918 při ostřelování dusíku částicemi alfa. Antiproton byl objeven v roce 1955 Emilio Segrem a Owenem Chamberlainem. z Tevatrónu o energii 800 GeVElektronvolt – jednotka energie. Jde o energii, kterou získá elektron urychlením v potenciálovém rozdílu jeden volt, 1 eV = 1,6×10−19 J. V jaderné fyzice se používají spíše větší násobky této jednotky, kiloelektronvolt keV (103 eV), megaelektronvolt MeV (106 eV), gigaelektronvolt GeV (109 eV), teraelektronvolt TeV (1012 eV) nebo petaelektronvolt PeV (1015 eV). V těchto jednotkách se také vyjadřuje hmotnost (E=mc2) a teplota (E=kBT). Jeden elektronvolt odpovídá teplotě přibližně 11 600 K. narážajú na kovovú dosku a generujú spŕšky hadrónovHadrony – částice složené z kvarků, které interagují silnou a slabou jadernou interakcí, pokud jsou nabité, také elektromagneticky. Dělíme je na mezony složené z kvarku a antikvarku a baryony složené ze tří kvarků různých barev. Název je odvozeninou z řeckého hadros (silný, těžký). K nejznámějším mezonům patří piony, k nejznámějším baryonům neutron a proton. Hmotnosti hadronů převyšují hmotnost elektronů o několik řádů. Jejich interakce s látkovým prostředím se výrazně liší jak od elektronů, tak i od fotonů.. Správne častice, hyperóny, sa vyselektujú a ich vhodná hybnosť sa vyberie pomocou magnetického poľa. Mnoho z nich sa rozpadne v rozpadovom tuneli a vytvoria ďalšie častice, tie však putujú cez 9 MWPCMWPC – Multi Wire Proportional Chamber, citlivá drátová komora pro sledování stop částic. Funguje analogicky jako Geiger Müllerův počítač, ale obsahuje velké množství detekčních drátků a pracuje v proporcionálním režimu. Je součástí mnoha detektorů., kde sa presne zmerajú trajektórie a ich body rozpadu, čo umožní zmerať parametre. Každých pár hodín sa polarita magnetov zamení a tým sa reguluje medzi operáciou s hyperónmi a antihyperónmi.
Rozpad sigma baryónu a čo ďalej
Podľa Štandardného modeluStandardní model – současný obecně přijímaný model částic a interakcí. Obsahuje kvarky, leptony, polní částice jednotlivých interakcí (fotony, gluony, W+, W−, Z0) a Higgsovu částici jakožto zdroj hmotnosti ostatních částic a narušení symetrie elektroslabé interakce. Součástí modelu není gravitační interakce. Standardní model je vybudován na základě kvantové teorie pole. častíc a interakcií je rozpad Σ+ → p μ+ μ− možný, nie je však pravdepodobná detekcia až 3 takýchto rozpadov s rovnakou energiou páru miónMion – těžký elektron, hmotnost má 207 me. Střední doba života je přibližně 2×10−6 s. Těžký elektron se rozpadá na stabilní elektron, elektronové antineutrino a mionové neutrino. Mion se vyskytuje v sekundárních sprškách z kosmického záření. Mion byl objeven C. Andersonem v kosmickém záření za pomoci mlžné komory v roce 1936. – antimión. Ak sa interpretácia neobmedzí iba na Štandardný model, dá sa tento rozpad vysvetliť aj ako nová častica s hmotnosťou 214,3 MeV. Táto „HyperCP“ častica je nesmierne ľahká a teoretici ukázali, že HyperCP môže byť pseudoskalárny Higgsov bozón z tzv. NMSSMNMSSM – Next to Minimal Supersymmetric Standard Model, jedna z variant supersymetrického (SUSY) rozšíření standardního modelu elementárních částic. modelu.
Obyčajný model MSSMMSSM – Minimal Standard Supersymmetry Model, základní rozšíření standardního modelu o superpartnery (bosony k fermionům a fermiony k bosonům). predpokladá, že každý fermiónFermiony – částice, které mají poločíselný spin, vlnová funkce je antisymetrická, splňují Pauliho vylučovací princip a podléhají Fermiho–Diracovu statistickému rozdělení. Patří mezi ně všechny leptony, kvarky a baryony – například elektron, neutrino, proton a neutron. Při nízkých teplotách fermiony obsazují stavy postupně, až po tzv. Fermiho mez. má za partnera bozónBosony – částice, které mají celočíselný spin, symetrickou vlnovou funkci, nesplňují Pauliho vylučovací princip a podléhají Boseho-Einsteinově statistickému rozdělení. Například jsou to všechny skalární i vektorové mezony, fotony a gluony. Při nízkých teplotách se bosony mohou hromadit v základním stavu. a naopak, napríklad elektrónElektron – první objevená elementární částice. Je stabilní. Hmotnost má 9,1×10−31 kg a elektrický náboj 1,6×10−19 C. Elektron objevil sir Joseph John Thomson v roce 1897. Existenci antičástice k elektronu (pozitron) teoreticky předpověděl Paul Dirac v roce 1928 a objevil Carl Anderson v roce 1932. (fermión) je združený zo selektrónom (supersymetrický elektrón, bozón). Elektróny boli pozorované už dávno, zatiaľ čo selektróny nikdy. Zatiaľ.
NMSSMNMSSM – Next to Minimal Supersymmetric Standard Model, jedna z variant supersymetrického (SUSY) rozšíření standardního modelu elementárních částic. model pridáva do MSSMMSSM – Minimal Standard Supersymmetry Model, základní rozšíření standardního modelu o superpartnery (bosony k fermionům a fermiony k bosonům). modelu niekoľko ďalších častíc a mimo iné predpokladá existenciu 7 Higgsových bozónov, čo je o 2 viac ako v MSSM a z výpočtov sa zistilo, že elektroslabá škála v tomto prípade vďaka pridaniu ďalších častíc môže byť prirodzene malá. HyperCP častica sa tvári ako Higgs A01 z NMSSM modelu. Supersymetria môže vysvetliť podstatu temnej hmoty vo vesmíre a vyriešiť niektoré problémy Štandardného modelu, ako je napríklad problém hierarchieProblém hierarchie – otázka, proč je vazební konstanta slabé interakce 1032krát větší než u gravitace. V obou silách se objevují fundametální konstanty přírody, Fermiho konstanta pro slabou interakci a gravitační konstanta pro gravitaci..
Ak by sa potvrdila supersymetria, tak by to znamenalo že namiesto 30 rokov starého SMStandardní model – současný obecně přijímaný model částic a interakcí. Obsahuje kvarky, leptony, polní částice jednotlivých interakcí (fotony, gluony, W+, W−, Z0) a Higgsovu částici jakožto zdroj hmotnosti ostatních částic a narušení symetrie elektroslabé interakce. Součástí modelu není gravitační interakce. Standardní model je vybudován na základě kvantové teorie pole. nastúpi teória s viac ako dvojnásobným počtom častíc. V minulosti prebehlo niekoľko hľadaní Higgsovho bozónu podľa SM, najznámejšie z nich prebehlo na urýchľovačí LEPLEP – Large Electron-Positron collider. Dosud nejvýkonnější urychlovač elektronů a pozitronů se vstřícnými svazky na světě, který byl v CERN provozován od roku 1989 do roku 2000. Dosažitelná energie byla 209 GeV. Dnes je v tunelu po urychlovači LEP postaven urychlovač LHC., kde sa ukázalo že SM Higgs musí mať hmotnosť aspoň 114,4 GeV.
Zatiaľ nebol s istotou pozorovaný ani Higgs a ani žiadny superpartner.
Po spustení experimentov na urýchľovači LHCLHC – Large Hadron Collider. Urychlovač protonů na nominální energie 14 TeV. LHC byl vybudován ve středisku jaderného výzkumu CERN v tunelu po urychlovači LEP II, který má obvod 27 km. Do zkušebního provozu byl uveden v září 2008, ale zanedlouho došlo k poruše na jednom z magnetů. Urychlovač byl opětovně spuštěn v listopadu 2009. Od března 2010 probíhal fyzikální program na energii 7 TeV. V roce 2012 byl na urychlovači objeven Higgsův boson. Provoz na energiích blízkých nominální probíhá od roku 2015. v roku 2008 sa však situácia môže zmeniť pretože s dostupnými energiami sa fyzika posunie o dekádu. Dnes už je skoro zrejmé, že nová fyzika čaká za dvermi a búši na ne, je načase ich otvoriť.
Pohľad na urýchľovač TevatrónTevatron – synchrotron postavený ve Fermilabu v Batávii, ve státě Illinois. Do zprovoznění LHC v CERN šlo o největší urychlovač tohoto typu na světě, protony a antiprotony byl schopen v prstenci o obvodu 6,3 km urychlit až na energii 1 TeV. Šlo o kolider, jehož vstřícné svazky měly v těžišťové soustavě energii 1,96 TeV. Tevatron byl dostaven v roce 1983 a stál 120 milionů USD. Další velkou investicí byl hlavní injektor za 290 milionů USD přidaný v letech 1994 až 1999. Provoz Tevatronu byl ukončen v roce 2011.. Zdroj: FermilabFermilab – komplex urychlovačů ve Spojených státech, ve státě Illinois. Fermilab byl založen v roce 1967, prvním ředitelem se stal Robert Wilson, vynálezce mlžné komory. V roce 2011 zde byl ukončen provoz druhého největšího urychlovače světa – Tevatronu. K nejvýznamnějším objevům patří objev kvarku „b“ (1977), kvarku „t“ (1995) a tau neutrina (2000). Fermilab se zabýval výzkumem „b“ a „t“ kvarku, výrobou a výzkumem antivodíku, narušením CP symetrie, zkoumáním platnosti CPT symetrie a výzkumem řady dalších vlastností hmoty a antihmoty za vysokých energií.
Klip týdne: detektor ATLAS na LHC
Detektor ATLAS. ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) je detektor pro urychlovač LHC budovaný v CERNu. ATLAS má hmotnost 7 000 tun a je umístěný 100 metrů pod zemí. Jde o multifunkční detektor, který by měl být schopen detekovat mimo jiné Higgsovy bosony. Délka zařízení je 44 metrů, magnetické pole cívky vychylující nabité částice 2 T. V prvním klipu je podrobně znázorněna stavba detektoru a popsány jeho jednotlivé součásti. Druhý klip se soustředí na detekci různých druhů elementárních částic. Větší podrobnosti o detektoru ATLAS naleznete v našem bulletinu AB 26/2006. (mpg, 57 MB) (mpg, 62 MB)
Odkazy
Fermi National Accelerator Laboratory
J. Cartwright : Fermilab data hint at Higgs boson, PhysicsWeb, 2007
J. F. Gunion: Challenges for Higgs Searches; Workshop on the Future of Higgs Physics, Fermilab 2001.
