Физика элементарных частиц и Большой адронный...
DESCRIPTION
Лекция об истории и современном состоянии физики элементарных частиц и смежных вопросов. Летняя школа "Русского Репортёра", июль-август 2012 г.TRANSCRIPT
![Page 1: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/1.jpg)
09.08.11 И. О. Орлов, СПФКС-9 1
The LHC: Citius, Altius, Fortius…
James Gillies, Head, communication group, CERN
27 November 2006
Большой адронный коллайдер
и физика элементарных частиц
Орлов Илья ОлеговичНовосибирский государственный университет
Институт ядерной физики СО РАНЦЕРН, Женева, Швейцария
![Page 2: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/2.jpg)
Вещество
Атомы
Молекула
Атом
ЭлектроныЯдро
ЯдроНейтрон
Протон
ПротонКварки
d
uu
du
d
du
d
d
uu
d
uu
du
d
d
uu
d
uu
![Page 3: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/3.jpg)
1895 г. Фотон
• Лучи в вакуумной трубке
• Нобелевская премияпо физике - 1901 г.
В. К. Рёнтген
![Page 4: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/4.jpg)
Электрон, протон, нейтрон
• Электрон – 1897• Протон – 1918• Нейтрон – 1932
• Ядерные силы• «Мезон» Юкавы
Дж. Томсон Э. Резерфорд
Дж. Чедвик
![Page 5: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/5.jpg)
Позитрон
• 1928 г. - теория• 1932 г. - обнаружение • Не вписывается в модель атома
Эра антивещества
П. А. М. Дирак
К. Д. Андерсон
![Page 6: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/6.jpg)
Мюон
• 1937 г., космические лучи• M = 105 МэВ• T = 2∙10-6 сек (долго!)
К. Д. Андерсон
![Page 7: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/7.jpg)
Пион
• «Мезон» Юкавы• Переносчик ядерных сил
• Космические лучи, 1947
• M = 140 МэВ• T = 2∙10-8 сек
Цезарь М. Дж. Латтес
![Page 8: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/8.jpg)
Каон
• 1950-1953 г.• M ~ 500 МэВ• T ~ 10-10 сек
• Странная частица!
![Page 9: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/9.jpg)
Нейтрино
• Предложена в 1931 (Паули)• Сохранение энергии в
бета-распаде
• Эксперимент: 1956 г.
![Page 10: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/10.jpg)
![Page 11: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/11.jpg)
1963 год
p+ p-
n0 n0
e- e+
π±
Переносчик ядерных сил
γПереносчик
ЭМ сил
K± μ±νe
νμ
![Page 12: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/12.jpg)
Кварковая модель
du
u
d ud
d ud
du
u
du
u
d ud
du
u
du
u
М. Гелл-Манн
p+ n0π±
![Page 13: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/13.jpg)
Коллайдеры
• 1963 г.• ИЯФ СО АН СССР, Новосибирск• Стэнфордский университет
Г. И. Будкер
В. К. Г. Панофски
![Page 14: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/14.jpg)
![Page 15: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/15.jpg)
![Page 16: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/16.jpg)
ВЭП – 1
![Page 17: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/17.jpg)
![Page 18: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/18.jpg)
The Stanford two-mile electron linear accelerator (SLAC)
![Page 19: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/19.jpg)
![Page 20: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/20.jpg)
![Page 21: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/21.jpg)
09.08.11 И. О. Орлов, СПФКС-9 21
![Page 22: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/22.jpg)
09.08.11 И. О. Орлов, СПФКС-9 22
![Page 23: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/23.jpg)
1963-2010
• 1974 – J/ψ – c-кварк
• 1975 – τ-лептон• 1977 – Υ – b-кварк• 1979 – Глюон• 1983 – W и Z-бозоны• 1989 – Три поколения частиц• 1995 – t-кварк
![Page 24: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/24.jpg)
![Page 25: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/25.jpg)
09.08.11 И. О. Орлов, СПФКС-9 25
• 2500 штатных сотрудников
• 6500 “пользователей”
• Бюджет (2003 г.) –1280 MCHF (817 M евро)
ЦЕРН в цифрах
![Page 26: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/26.jpg)
09.08.11 И. О. Орлов, СПФКС-9 26
Наблюдатели:ЮНЕСКО, Евросоюз,Япония, Турция, Израиль,США, Россия
![Page 27: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/27.jpg)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1 000
15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80
Возрастное распределение
![Page 28: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/28.jpg)
34
9241
Сотрудники ЦЕРН в странах мира
![Page 29: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/29.jpg)
• Проект LHC: ускорители и эксперименты• LHC: вычислительные мощности• Long base neutrino beam• Антипротонный охладитель• Высокоэнергетичные мюонные и адронные
пучки
Деятельность ЦЕРНа
![Page 30: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/30.jpg)
ЦЕРН – лаборатория физики частиц
Фундаментальные частицыи взаимодействия
![Page 31: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/31.jpg)
P, низкая энергия
P, высокая энергия
P-P, очень высокая энергия
Антипротоны
n_TOF Ядерная физика
Цепь ускорителей ЦЕРНа
![Page 32: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/32.jpg)
32
p-p collider
7 TeV + 7 TeV
Luminosity = 1034 cm-2 c-1
Основные задачи•Бозон(ы) Хиггса•Суперсимметрия•Кварк-глюонная плазма•CP-нарушение
LHC
![Page 33: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/33.jpg)
09.08.11 И. О. Орлов, СПФКС-9 33
Дипольные магниты LHC (1232)
![Page 34: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/34.jpg)
Сверхпроводящие магниты
![Page 35: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/35.jpg)
Большой адронный коллайдер
![Page 36: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/36.jpg)
CMS
![Page 37: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/37.jpg)
Diameter 25 mBarrel toroid length 26 mEnd-cap end-wall chamber span 46 mOverall weight 7000 Tons
![Page 38: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/38.jpg)
09.08.11 И. О. Орлов, СПФКС-9 38
![Page 39: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/39.jpg)
The Main Building «fits in » the ATLAS Cavern
![Page 40: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/40.jpg)
Коллаборация
![Page 41: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/41.jpg)
На эксперимент:
• 40 миллионов столкновений в секунду
• После фильтрации - 100 событий в секунду представляют интерес
• 1 Мб оцифрованных данных на каждое событие = 100 Мб/сек
• 1 миллиард записанных событий = 1 Пб/год
1 мегабайт (1 Мб)Цифровая фотография
1 гигабайт (1 Гб) = 1000 Мб
DVD-фильм
1 терабайт (1 Тб)= 1000 Гб
Годовое производствокниг в мире
1 петабайт (1 Пб)= 1000 Тб
10% годового потока данных LHC
1 эксабайт (1 Эб)= 1000 Пб
Годовой производимый объем информации
Общий поток данных с 4 экспериментов -
до 15 петабайт в год
Объём данных LHC
![Page 42: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/42.jpg)
1 Пб = 1 петабайт = 1000 терабайт
данныеза год
вес DVD
Сырые данные
3,2 Пб 14 000 кг
Реконструкция
1,0 Пб 4 400 кг
Физические данные
0,2 Пб 784 кг
Публикации 10 Мб
![Page 43: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/43.jpg)
Для обработки требуется невероятное количество
компьютеров
Итого необходимо около
10 000 современных PC
Калибровка
Реконструкция
Моделирование
Анализ
Мировое производство за ~6 ч.
![Page 44: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/44.jpg)
И. О. Орлов, СПФКС-9 44
World Wide Collaboration ⇒ distributed computing & storage capacity
Europe: 267 institutes, 4603 usersOther: 208 institutes, 1632 users
![Page 45: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/45.jpg)
Tier 1
Tier2 Center
Online System
CERN Center PBs of Disk; Tape Robot
FNAL CenterIN2P3 Center INFN Center RAL Center
InstituteInstituteInstituteInstitute
Workstations
~100-1500 MBytes/sec
2.5-10 Gbps
Десятки петабайт в 2007-8.
Эксабайт ~5-7 лет спустя.
~PByte/sec
Tier2 CenterTier2 CenterTier2 Center
Tier 0 +1
Tier 3
Tier 4
Tier2 Center Tier 2
Experiment
0.1 to 10 GbpsPhysics data cache
Иерархия GRID
![Page 46: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/46.jpg)
WWW и CERNTim Berners-Lee
World Wide Web - доступ к информации во всех уголках земного шара
Grid - доступ со всех уголков земного шара к единому хранилищу данных
![Page 47: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/47.jpg)
09.08.11 И. О. Орлов, СПФКС-9 47
![Page 48: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/48.jpg)
Современные задачи• Поиск и проверка параметров Хиггс-бозона• Аномальные энергии космических лучей• Поиски новой физики за Стандартной
Моделью• Проверка нарушений CPT-симметрии• Проверка суперсимметричных теорий• Проблема тёмной материи• Масса нейтрино• Искусственные чёрные дыры• Обнаружение гравитационных волн• «Великое объединение» взаимодействий
![Page 49: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/49.jpg)
Бозон Хиггса• Частица, «ответственная» за
инерционную массу частиц
![Page 50: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/50.jpg)
Бозон Хиггса• Масса – один из принципиальных
параметров Стандартной Модели• M ~ 125,5 ± 0,5 ГэВ
![Page 51: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/51.jpg)
Космические лучи
![Page 52: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/52.jpg)
Энергетический спектрГалактические
источники
Источникивне Галактики
Неизвестно
AGASA: 17 событий > 6x1019 эВ HiRes : 2 события (~ 20 ожидалось)
Отсечка Грейзена-Зацепина-Кузьмина
(GZK cutoff)
E ~ 5·1020 эВ
![Page 53: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/53.jpg)
Флуроресценция + наземные детекторы2 площадки (Аргентина, США):
1600 детекторов + 4 телескопа, 3000 км2
AUGER EUSOФлуоресценция из космосаОценка - 103 ч/год за GZKСтарт: 2010 (на 3-5 лет)
AUGER и EUSO
![Page 54: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/54.jpg)
09.08.11 И. О. Орлов, СПФКС-9 54
http://en.wikipedia.org/wiki/CERNhttp://elementy.ru/LHC
http://aliceinfo.cern.chhttp://cmsinfo.cern.chhttp://atlas.ch/http://cern.ch
“Knowing more about the Higgs and Supersymmetry will let us pose the next questions more sensibly”
![Page 55: Физика элементарных частиц и Большой адронный коллайдер](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061213/54989837b479594f438b459e/html5/thumbnails/55.jpg)
Есть вопросы?• [email protected]• [email protected]• http://VKontakte.ru/orlovio• http://Facebook.com/OrlovIO• http://Twitter.com/OrlovIO
Как получить презентации лекций?• http://slideshare.net/OrlovIO• или написать и попросить :)