8. Hiukkasfysiikka ja kosmologia

Save this PDF as:
 WORD  PNG  TXT  JPG

Koko: px
Aloita esitys sivulta:

Download "8. Hiukkasfysiikka ja kosmologia"

Transkriptio

1 8. Hiukkasfysiikka ja kosmologia Aineen alkeellisin rakenne Miten hiukkasia tutkitaan? Hiukkaset ja vuorovaikutukset Kvarkit Symmetriat ja vuorovaikutuksien yhtenäistäminen Maailmankaikkeuden rakenne Varhainen maailmankaikkeus Luento 14 0

2 Alkeishiukkaset Alkeishiukkasiksi kutsutaan - aineen pienimpiä tällä hetkellä tunnettuja perushiukkasia, joita ovat kvarkit ja leptonit (ja niiden antihiukkaset) - kvarkeista muodostuneita sidottuja tiloja eli hadroneita - vuorovaikutuksien välittäjähiukkasia eli mittabosoneja Luonnon neljä perusvuorovaikutusta ovat - sähkömagneettinen vuorovaikutus - heikko vuorovaikutus - vahva vuorvaikutus -gravitaatio Vuorovaikutukset ja niihin liittyvät voimat määräävät alkeishiukkasten käyttäytymisen. 1

3 Alkeishiukkasten löytöhistoriaa:

4 Hiukkasten kokeellinen tutkiminen Alkuaikoina uusia hiukkasia löydettiin pääasiassa kosmisesta säteilystä (avaruudesta tulevaa hiukkassäteilyä). Toisen maailmansodan jälkeen hiukkasten tutkimiseen alettiin käyttää hiukkaskiihdyttimiä. Hiukkaskiihdyttimen ratkaisevin parametri on hiukkasten energia E. Energia on tärkeä kahdesta syystä: 1. Aineaallon aallonpituus on* λ = h p hc E. Samoin kuin optiikassa, mitä lyhyempi aallonpituus sitä parempi erotuskyky. Hiukkasten välisiä vuorovaikutuksista ja hiukkasten rakenteesta saadaan sitä tarkempaa tietoa, mitä suurempi on törmäysenergia. Esimerkiksi kvarkit erottuvat protonin sisältä, kun protonia pommitetaan hiukkasilla, joiden energia on luokkaa 10 GeV.. Einstein kaava massan ja energian vastaavuudelle E = mc kertoo, että mitä raskaampi hiukkanen eli mitä suurempi sisäinen energia hiukkasella on, sitä enemmän energiaa tarvitaan hiukkasen tuottamiseen vuorovaikutuksessa. * Relativistiselle hiukkaselle (ks. luento 3, sivu 6, relativistinen energiayhtälö) 4 pc = E m c E, E >> mc. 3

5 Esimerkki CERNissä toimintaansa aloittavassa LHC:ssä (Large Hadron Collider) saadaan protoneille liike-energia 7 TeV. Mikä on tällaisen fotonin de Broglie aallonpituus? Entä nopeus? Liike-energia K on kokonaisenergia E miinus lepoenergia: K = E mc = γmc mc = mc ( γ 1), missä γ = 1 1 v / c. Kokonaisenergia on silloin 1 6 E = K + mc = 7 10 ev ev K. De Broglie aallonpituus on 15 hc ( ev s )( λ = = 1 E 7 10 ev 19-4 = m = fm. 8 m/s ) Tämä on noin kymmenestuhannesosa ytimen koosta. Nopeus saadaan kaavasta eli v c = 1 / mc 1 K v c = ev 1 1/ ev = ( mc ) K ev ev

6 Kiihdyttimet Lineaarikiihdytin. Hiukkanen kiihdytetään sähkökentän avulla muuttamatta sen liikkeen suuntaa. Ensimmäinen varsinainen hiukkaskiihdytin oli Cockcroftin ja Waltonin lineaarikiihdytin vuodelta 193. Kiihdyttimellä saatiin protonille energia 700 kev. He hajottivat litium-ytimen: H + 3Li He+ 4 He Kiihdytinputki Mittausosasto Stanfordin lineaarikiihdytinkeskuksessa (SLAC) saadaan elektronille ja positronille 50 GeV:n energia noin 3 km pitkässä kiihdyttimessä. Seuraava suuri kansainvälinen kiihdytin tullee olemaan e - lineaarikiihdytin (ILC, International Linear Accellerator), jonka törmäysenergia on GeV. 5

7 Syklotroni. Syklotronissa varatut hiukkaset kiihdytetään sähkökentällä ja kulkevat magneettikentän ohjaamana säteeltään kasvavaa kiertorataa pitkin. Magneettikenttä B on kohtisuorassa hiukkasen rataa vastaan, joten se aiheuttaa hiukkaseen voiman F = qv B = q vb Tämä on keskeisvoima, joka saa hiukkasen liikkumaan ympyrärataa pitkin. Newtonin lain F = ma mukaan mv q vb = eli v = r q Br m. Välikössä oleva sähkökenttä antaa hiukkaselle lisää vauhtia kahdesti joka kierroksella, mutta samalla radan säde kasvaa ja liikkeen taajuus pysyy samana: f 1 1 q B = = =. syklotronitaajuus T π r π m q Br / m Kun kiihdytysosaan kytketyllä vaihtovirralla on tämä taajuus, 6 kiihdytysjännite on aina kiihdyttävään suuntaan hiukkasen tullessa aukkoon.

8 Syklotronin toimintaperiaatteen keksi Ernest O. Lawrence 199. Kuvassa on hänen prototyyppinsä. Kehän halkaisija on runsaat 10 cm. Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksen syklotroni on ydinfysiikan tutkimukseen tarkoitettu laite. Radan maksimihalkaisija on vajaa m, taajuus 10 1 MHz ja energia 130 MeV. 7

9 Synkrotroni. Hiukkaset kiertävät ympyrärataa kiihdytinrenkaassa. Nopeuden kasvaminen ja siihen liittyvä pyrkimys radan säteen kasvamiseen kompensoidaan suurentamalla magneettikenttää samaan tahtiin (synktroonissa) niin, että radan säde pysyy vakiona. Suurimmat tämän hetken kiihdyttimet Tevatron (Fermi National Laboratory Fermilab, USA) ja LHC (Large Hadron Collider, CERN) ovat synkrotoneja. Tevatronin säde on 1.0 km ja LHC:n 4.3 km ja maksimienergiat vastaavasti 1 TeV ja 7 TeV. LHC:n kiihdytinputkea. Hiukkasten rataa taivutetaan suprajohtavilla magneeteilla. Nykyiset suuret hiukkaskiihdyttimet ovat törmäyttimiä: niissä kiihdytetyt hiukkaset pannaan törmäämään toisiinsa. Esim LHC:ssä protoneita kiertää renkaassa molempiin suuntiin (tämä onnistuu vaihtelemalla magneettikentän suuntia sopivassa tahdissa; hiukkaset liikkuvat renkaassa erillisinä ryppäinä), joten esim uusien hiukkasten synnyttämiseen on käytettävissä energiaa 7 TeV + 7 TeV. 8

10 Ilmaisimet Hiukkasfysiikan kiihdytinkokeissa hiukkaset pannaan vuorovaikuttamaan keskenään ja katsotaan, mitä vuorovaikutuksessa tapahtuu. Vuorovaikutustapahtumista kerätään tieto erilaisten ilmaisimien avulla. Ne mittaavat syntyneiden hiukkasten ratoja, energiaa, varausta jne. Ilmaisimien tyyppejä ovat mm. kalorimetrit (energian mittaus), puolijohdeilmaisimet, time-projection-chamber (TPC)-ilmaisimet, tuikeilmaisimet, Tsherenkovin ilmaisimet ja monilankaverrannollisuuskammiot. LHC:n CMS-kokeen ilamisinlaitteisto. 9

11 Kvarkkimalli Vuonna 1964 Gell-Mann ja riippumattomasti Zweig esittivät, että hadronit eli mesonit (spin kok.luku) ja baryonit (spin puoliluku) ja rakentuvat kvarkeista. Aluksi tultiin toimeen SU(3)-mallin kolmella kvarkilla u, d, s. (ylös, alas, outo) Marraskuussa 1974 Ting Brookhavenissa ja Richter SLAC:ssa ilmoittivat löytäneensä uuden, hitaasti hajoavan hiukkasen, psiin y. Tulos tulkittiin neljännen kvarkin, lumokvarkin c avulla (lepoenergia 1.3 GeV). Vuonna 1977 Ledermanin ryhmä löysi Fermilabissa vastaavalla tavalla viidennen kvarkin, bottom-kvarkin b (lepoenergia n. 4. GeV). Viimeisin kvarkki, top-kvarkki t löydettiin 1995 Fermilabissa. Se on raskain tunnettu hiukkanen, lepoenergia175 GeV. 10

12 Kvarkkien sekoittuminen Kvarkkeja on kvanttilukujensa puolesta kolme samanlaista paria, (u,d), (c,s) ja (t,b). On osoittautunut, että nämä parit sekoittuvat toisiinsa. Esimerkiksi t-kvarkin pari b onkin itse asiassa superpositio kolmesta erimassaisesta kvarkista q (d) i, i = 1,,3. Samoin u-kvarkin ja c-kvarkin parit ovat toisia q (d) i :ien superpositioita: q q q ( d ) 1 ( d ) ( d ) 3 = V CKM d s b V CKM on nimeltään Cabibbo-Kobayashi-Maskawa-matriisi (c i = cosq 1 jne): V CKM = Kobayashi ja Maskawa saivat tästä matriisista Nobelin fysiikan palkinnon 008. Mittausten mukaan V CKM = 11

13 Hadronit ovat kvarkkien ja antikvarkkien sidottuja tiloja: - baryonit kolme kvarkkia - antibaryonit kolme antikvarkkia - mesonit ja antimesonit kvarkki ja antikvarkki Muutamia esimerkkejä baryoneista ja mesoneista. 1

14 Leptonit Kvarkeilla ja hadroneilla on kaikkia vuorovaikutustapoja: sähkömagneettisia, vahvoja ja heikkoja vuorovaikutuksia. Leptonit ovat hiukkasia, joilla ei ole vahvoja vuorovaikutuksia. Kuten kvarkkeja, leptoneitakin on kuutta eri lajia: kolme varattua (elektroni, myoni ja tau) ja kolme neutraalia neutriinoa. Nekin muodostavat kolme paria, (e,n e ), (m,n m ) ja (t, n t ). Neutriinoparit sekoittuvat toisiinsa kuten kvarkitkin. Taulukossa olevat neutriinojen massarajat eivät itse asiassa liity neutriinolajeihin. (Myonin ja taun neutriinon massat taulukossa, ovat neutriinojen enintään viemä massaenergia myonin ja taun hajoamisessa.) Kosmologiasta saadaan raja i m ν i 0. ev. 13

15 Neutriinot ovat sähköisesti neutraaleja hiukkasia, joten niillä on ainoastaan heikkoja vuorovaikutuksia. Ne vuorovaikuttavat aineen kanssa hyvin vähän, joten niiden havaitseminen vaatii suuria ilmaisimia. Super Kamiokande neutriinoilmaisin. Normaalisti ilmaisin on täynnä vettä ( tonnia). Neutriinot irrottavat atomeista elektroneja, jotka lähettävät vedessä kulkiessaan ns. Tsherenkovin smsäteilyä. Seinustoilla olevat valomonistinputket rekisteröivät tämän säteilyn. Super Kamiokande näki ensimmäisen todisteen ns. neutriinooskillaatiosta: neutriinolajit muuttuvat toisikseen lentäessään avaruudessa. Ilmiö seuraa leptoniparien sekoittumisesta ja osoittaa, että neutriinoilla on massa. 14

16 Hiukkasfysiikan teoriat Hiukkasten vuorovaikutuksia (unohdetaan gravitaatio) kuvataan niin sanotuilla mittakenttäteorioilla. Vuorovaikutukseen liittyvän voiman ajatellaan siirtyvän hiukkasesta toiseen vuorovaikutuksen voimakvantin eli välibosonin välittämänä. hiukkanen välibosoni hiukkanen Vuorovaikutuksiin liittyvät välibosonit ovat: sähkömagneettinen vv heikko vv vahva vuorovaikutus fotoni W -bosoni, Z 0 -bosoni gluoni (8 erilaista) Jotta hiukkanen kokisi voiman vaikutuksen, sillä pitää olla vuorovaikutukseen liittyvä varaus; sm-vuorovaikutuksen tapauksessa sähkövaraus, heikon voiman tapauksessa ns. heikko isospin ja vahvan voiman tapauksessa ns. värivaraus. Elektronilla ja myonilla on sekä sähkövaraus että heikko isospin, joten ne vuorovaikuttavat sekä sm- että heikon voiman välityksellä. 15

17 Neutroni hajoaa W-bosonin välityksellä protoniksi, elektroniksi ja elektronin antineutriinoksi. Kyse on heikon vuorovaikutuksen reaktiosta. Kvarkkitasolla yksi u-kvarkki emittoi W- bosonin ja muuttuu samalla d-kvarkiksi. Tässä on eeta-mesonin hajoaminen kolmeksi pionoksi 0 η π 0 π 0 π. Kyse on vahvan voiman aiheuttamasta reaktiosta, jota välittää kolme gluonia. 16

18 Kvarkeilla on sähkövaraus, heikko isospin ja väri, joten ne kokevat kaikki vuorovaikutukset. Värivarauksella on kolme mahdollista arvoa: sininen, punainen ja vihreä (esimerkiksi). Antikvarkin väri on jokin näiden värien vastaväreistä. Gluonit välittävät vahvaa voimaa niin, että kvarkit ja antikvarkit muodostavat värittömiä sidottuja tiloja, joko sininen-punainen-vihreä yhdistelmiä (hadronit), vastaavia antiväriyhdistelmiä (hadronien antihiukkaset) tai värivastaväri-yhdistelmiä (mesonit ja niiden antihiukkaset). Kvarkit eivät esiinny vapaana vaan aina hadroneiksi sitoutuneina. Mittateoriat perustuvat symmetrioihin, jotka ilmenevät luonnossa säilymislakeina. - Sm-vuorovaikutuksen mittateoria kvanttielektrodynamiikka QED esimerkiksi perustuu sähkövarauksen säilymiseen. - Vahvassa vuorovaikutuksessa säilyy lisäksi esimerkiksi ns. baryoniluku, samoin isospin ja ns. hypervaraus. Vahvaa vuorovaikutusta kuvaa mittateoria kvanttiväridynamiikka eli QCD. - Heikoissa vuorovaikutuksissa säilyy heikko isospin. 17

19 Taulukossa on perustietoja luonnon neljästä perusvoimasta. Painovoima on niin heikko voima, ettei sillä ole merkitystä hiukkasfysiikan ilmiöissä luvulla keksittiin, että sm- ja heikkoa vuorovaikutusta voi kuvata yhdellä teorialla, jota kutsutaan nimellä sähköheikkoteoria. Sähköheikonteorian ja kvanttiväridynamiikan kokonaisuutta kutsutaan hiukkasfysiikan standardimalliksi. 18

20 Massan alkuperä Sähköheikon teorian kokeellisesti testaamaton osa on ns. spontaani symmetrianrikko (Nambu sai tästä nobelin 008), jonka avulla teoria selittää kvarkkien, leptoneiden ja W- ja Z- bosonien massan. Tarvitaan ns Higgsin kenttä ja sille sopiva potentiaalienergia: Kenttä ei häviä potentiaalin minimissä eli perustilassa Ennustaa spinittömän Higgsin hiukkasen. Ei ole havaittu vielä kokeellisesti, mutta CERN:n LHC on rakennettu sen löytämistä varten. 19

21 Sähköheikkoteoria on esimerkki vuorovaikutuksien yhdistämisestä eli se on yhtenäisteoria luvulla esitettiin teorioita, jotka kuvaat samaan aikaan sm-, heikkoja ja vahvoja vuorovaikutuksia. Tällaisia teorioita kutsutaan nimellä suuret yhtenäisteoriat (Grand Unified Theories, GUT). Taulukosta käy ilmi, että vuorovaikutukset poikkeavat toisistaan mm. voimakkuudeltaan. Miksi niitä halutaan yhdistää? On osoittautunut, että vuorovaikutuksien voimakkuus ei ole vakio vaan muuttuu vuorovaikutusenergian muuttuessa. Esimerkiksi sm- ja heikko voima ovat saman voimakkuuksisia silloin, kun vuorovaikutuksen energia ylittää noin 100 GeV. Gravitaatiolla ei ole vielä vastaavaa mittateoriaa kuin muilla voimilla. Paras yritys tähän suuntaan on supersäieteoria, joka yhdistäisi kaikki neljä vuorovaikutusta. Supersäieteorian mukaan hiukkaset ovat 11-ulotteisessa avaruudessa olevien säikeiden värähtelyjä. 0

22 Kosmologia Edwin Hubble osoitti 199, että kaukaiset galaksit loittonevat meistä sitä suuremmalla nopeudella mitä kauempana ne ovat. Tulos perustui kahteen havaintoon: - tähtien valon spektrin punasiirtymästä pääteltiin loittonemisnopeus - galaksien etäisyys pääteltiin muuttuvien tähtien kefeidien näennäisestä kirkkaudesta Jos valon aallonpituus on galaksista lähtiessä on l s ja galaksi loittonee nopeudella v, niin havaittu aallonpituus on λ 0 = λ S 1+ v 1 v / / c c. Havaittu aallonpituus on aina suurempi kuin alkuperäinen eli spektriviivat siirtyvät spektrin punaista päätä kohti. Hubblen laki: v = H 0r. H 0 on Hubblen vakio H 0 = km/s Mpc. (1 Mpc = 3.6 Mly = 3.09 x 10 m.) 1

23 Hubblen tulos voidaan selittää vain niin, että avaruus laajenee. Avaruus ei laajene reunoiltaan vaan joka kohtaan avaruutta tulee lisää tilaa. Mitä kauempana galaksi on, sitä enemmän väliin ehtii tulla lisää tilaa, ja tämä saa sm-säteilyn aallonpituuden kasvamaan. Maailmankaikkeuden laajenemista säätelee maailmankaikkeuden sisältämän energian määrä ja muodot (massaa, säteilyä, tyhjiöenergiaa ). Yleisen suhteellisuusteorian mukaan energia nimittäin määrää avaruuden muodon ja kehityksen.

24 Kriittinen tiheys Tarkastellaan r-säteistä palloa, joka sisältää suuren määrän galakseja. Pallon sisältämä massa on M = 4 3 πr 3 ρ m, jossa r m on maailmanakaikkeuden keskitiheys. Pallon pinnalla olevan galaksin (massa m) potentiaalienergia painovoimakentässä on (G on gravitaatiovakio) E pot = mmg r 4πmr ρmg =. 3 Hubblen lain mukaan galaksi loittonee nopeudella v = H r, joten sen kineettinen energia on 1 E kin = mh r. Galaksin vakiona pysyvä kokonaisenergia on E = E pot + E kin = mr ( 1 4 H πρmg ). 3 Jos E < 0, galaksi ei voi paeta äärettömän kauas, sillä äärettömyydessä potentialienergia = 0 ja liike-energia on aina positiivinen. Jos E > 0, galaksilla on äärettömyydessä vielä liikeenergiaa. Rajatapaus E = 0 on se tilanne, jossa galaksi voi juuri ja juuri saavuttaa äärettömyyden (äärettömässä ajassa). Rajatapaus saavutetaan kun tiheys on kriittinen tiheys: ρ m, kr 3H 8πG =. 3

25 Vuoteen 1998 asti ajateltiin, että kaikki maailmankaikkeuden energia aiheuttaa attraktiivisen painovoimavaikutuksen. Tuolloin havaittiin, että maailmankaikkeudessa on myös sellaista energiaa, joka toimii antigravitaation tavoin, repulsiivisesti. Tätä energiaa kutsutaan pimeäksi energiaksi. Myös suurin osa ainetta on sellaista, jota emme tunne. Sitä kutsutaan piemeäksi aineeksi. Galaksien ja tähtien liike osoittaa, että suurin osa aineesta on pimeää. Maailmankaikkeuden koostumus: 4

26 Maailmankaikkeuden historian virstanpylväät alkuräjähdysteorian eli Big Bang teorian mukaan. 1. Synty on teorioiden ulottumattomissa, sillä yleisen suhteellisuusteorian pätevyysalue päättyy silloin, kun gravitaation kvantti-ilmiöt ovat merkittäviä eli ennen ns. Planckin aikaa hg t Planck = = c. Maailmankaikkeuden eksponentiaalinen laajeneminen eli inflaatio n s alun jälkeen. Inflaatio selittää havaittavan maailmankaikkeuden ison mittakaavan homogeenisuuden (samanlainen kaikkialla) ja isotrooppisuuden (samanlainen kaikissa suunnissa). 3. Nukleosynteesi eli protonien ja neutronien järjestyminen kevyiden alkuaineiden ytimiksi (H, He, D, Li). Maailmakaikkeuden ikä muutamia minuutteja. 4. Rekombinaatio eli atomien muodostuminen noin vuotta alun jälkeen. Tämän jälkeen sm-säteily pääsi liikkumaan esteettä, näkyy nykyisin kosmisena taustasäteilynä Rakenteiden synty vuosimiljardien aikana. 6. Nykymaailmankaikkeus, ikä 13.7 miljardia vuotta. s. 5

27 6

28 Taustasäteilyn lämpötilaspektri. ΔT = 10 5 astetta 7

Alkeishiukkaset. perushiukkaset. hadronit eli kvarkeista muodostuneet sidotut tilat

Alkeishiukkaset. perushiukkaset. hadronit eli kvarkeista muodostuneet sidotut tilat Alkeishiukkaset perushiukkaset kvarkit (antikvarkit) leptonit (antileptonit) hadronit eli kvarkeista muodostuneet sidotut tilat baryonit mesonit mittabosonit eli vuorovaikutuksien välittäjähiukkaset Higgsin

Lisätiedot

Vuorovaikutuksien mittamallit

Vuorovaikutuksien mittamallit Vuorovaikutuksien mittamallit Hiukkasten vuorovaikutuksien teoreettinen mallintaminen perustuu ns. mittakenttäteorioihin. Kenttä viittaa siihen, että hiukkanen kuvataan paikasta ja ajasta riippuvalla funktiolla

Lisätiedot

Teoreetikon kuva. maailmankaikkeudesta

Teoreetikon kuva. maailmankaikkeudesta Teoreetikon kuva Teoreetikon kuva hiukkasten hiukkasten maailmasta maailmasta ja ja maailmankaikkeudesta maailmankaikkeudesta Jukka Maalampi Fysiikan laitos Jyväskylän yliopisto Lapua 5. 5. 2012 Miten

Lisätiedot

perushiukkasista Perushiukkasia ovat nykykäsityksen mukaan kvarkit ja leptonit alkeishiukkasiksi

perushiukkasista Perushiukkasia ovat nykykäsityksen mukaan kvarkit ja leptonit alkeishiukkasiksi 8. Hiukkasfysiikka Hiukkasfysiikka kuvaa luonnon toimintaa sen perimmäisellä tasolla. Hiukkasfysiikan avulla selvitetään maailmankaikkeuden syntyä ja kehitystä. Tutkimuskohteena ovat atomin ydintä pienemmät

Lisätiedot

Hiukkasfysiikan luento 21.3.2012 Pentti Korpi. Lapuan matemaattisluonnontieteellinen seura

Hiukkasfysiikan luento 21.3.2012 Pentti Korpi. Lapuan matemaattisluonnontieteellinen seura Hiukkasfysiikan luento 21.3.2012 Pentti Korpi Lapuan matemaattisluonnontieteellinen seura Atomi Aine koostuu molekyyleistä Atomissa on ydin ja fotonien ytimeen liittämiä elektroneja Ytimet muodostuvat

Lisätiedot

Leptonit. - elektroni - myoni - tauhiukkanen - kolme erilaista neutriinoa. - neutriinojen varaus on 0 ja muiden leptonien varaus on -1

Leptonit. - elektroni - myoni - tauhiukkanen - kolme erilaista neutriinoa. - neutriinojen varaus on 0 ja muiden leptonien varaus on -1 Mistä aine koostuu? - kaikki aine koostuu atomeista - atomit koostuvat elektroneista, protoneista ja neutroneista - neutronit ja protonit koostuvat pienistä hiukkasista, kvarkeista Alkeishiukkaset - hiukkasten

Lisätiedot

Ydin- ja hiukkasfysiikka 2014: Harjoitus 5 Ratkaisut 1

Ydin- ja hiukkasfysiikka 2014: Harjoitus 5 Ratkaisut 1 Ydin- ja hiukkasfysiikka 04: Harjoitus 5 Ratkaisut Tehtävä a) Vapautunut energia saadaan laskemalla massan muutos reaktiossa: E = mc = [4(M( H) m e ) (M( 4 He) m e ) m e ]c = [4M( H) M( 4 He) 4m e ]c =

Lisätiedot

Hiukkasfysiikka. Katri Huitu Alkeishiukkasfysiikan ja astrofysiikan osasto, Fysiikan laitos, Helsingin yliopisto

Hiukkasfysiikka. Katri Huitu Alkeishiukkasfysiikan ja astrofysiikan osasto, Fysiikan laitos, Helsingin yliopisto Hiukkasfysiikka Katri Huitu Alkeishiukkasfysiikan ja astrofysiikan osasto, Fysiikan laitos, Helsingin yliopisto Nobelin palkinto hiukkasfysiikkaan 2013! Robert Brout (k. 2011), Francois Englert, Peter

Lisätiedot

SUPER- SYMMETRIA. Robert Wilsonin Broken Symmetry (rikkoutunut symmetria) Fermilabissa USA:ssa

SUPER- SYMMETRIA. Robert Wilsonin Broken Symmetry (rikkoutunut symmetria) Fermilabissa USA:ssa SUPER- SYMMETRIA Robert Wilsonin Broken Symmetry (rikkoutunut symmetria) Fermilabissa USA:ssa Teemu Löyttinen & Joni Väisänen Ristiinan lukio 2008 1. Sisällysluettelo 2. Aineen rakenteen standardimalli

Lisätiedot

Alkeishiukkaset. Standarimalliin pohjautuen:

Alkeishiukkaset. Standarimalliin pohjautuen: Alkeishiukkaset Alkeishiukkaset Standarimalliin pohjautuen: Alkeishiukkasiin lasketaan perushiukkaset (fermionit) ja alkeishiukkasbosonit. Ne ovat nykyisen tiedon mukaan jakamattomia hiukkasia. Lisäksi

Lisätiedot

Tampere 14.12.2013. Higgsin bosoni. Hiukkasen kiinnostavaa? Kimmo Tuominen! Helsingin Yliopisto

Tampere 14.12.2013. Higgsin bosoni. Hiukkasen kiinnostavaa? Kimmo Tuominen! Helsingin Yliopisto Tampere 14.12.2013 Higgsin bosoni Hiukkasen kiinnostavaa? Kimmo Tuominen! Helsingin Yliopisto Perustutkimuksen tavoitteena on löytää vastauksia! yksinkertaisiin peruskysymyksiin. Esimerkiksi: Mitä on massa?

Lisätiedot

Hiukkasfysiikkaa. Tapio Hansson

Hiukkasfysiikkaa. Tapio Hansson Hiukkasfysiikkaa Tapio Hansson Aineen Rakenne Thomson onnistui irrottamaan elektronin atomista. Rutherfordin kokeessa löytyi atomin ydin. Niels Bohrin pohdintojen tuloksena elektronit laitettiin kiertämään

Lisätiedot

Hiukkaskiihdyttimet. Tapio Hansson

Hiukkaskiihdyttimet. Tapio Hansson Hiukkaskiihdyttimet Tapio Hansson Miksi kiihdyttää hiukkasia? Hiukkaskiihdyttimien kehittäminen on ollut ehkä tärkein yksittäinen kehityssuunta alkeishiukkasfysiikassa. Hyöty, joka saadaan hiukkasten kiihdyttämisestä

Lisätiedot

Perusvuorovaikutukset. Tapio Hansson

Perusvuorovaikutukset. Tapio Hansson Perusvuorovaikutukset Tapio Hansson Perusvuorovaikutukset Vuorovaikutukset on perinteisesti jaettu neljään: Gravitaatio Sähkömagneettinen vuorovaikutus Heikko vuorovaikutus Vahva vuorovaikutus Sähköheikkoteoria

Lisätiedot

Fysiikkaa runoilijoille Osa 5: kvanttikenttäteoria

Fysiikkaa runoilijoille Osa 5: kvanttikenttäteoria Fysiikkaa runoilijoille Osa 5: kvanttikenttäteoria Syksy Räsänen Helsingin yliopisto, fysiikan laitos ja fysiikan tutkimuslaitos www.helsinki.fi/yliopisto 1 Modernin fysiikan sukupuu Klassinen mekaniikka

Lisätiedot

CERN ja Hiukkasfysiikan kokeet Mikä se on? Mitä siellä tehdään? Miksi? Mitä siellä vielä aiotaan tehdä, ja miten? Tapio Lampén

CERN ja Hiukkasfysiikan kokeet Mikä se on? Mitä siellä tehdään? Miksi? Mitä siellä vielä aiotaan tehdä, ja miten? Tapio Lampén CERN ja Hiukkasfysiikan kokeet Mikä se on? Mitä siellä tehdään? Miksi? Mitä siellä vielä aiotaan tehdä, ja miten? Tapio Lampén CERN = maailman suurin hiukkastutkimuslaboratorio Sveitsin ja Ranskan rajalla,

Lisätiedot

Perusvuorovaikutukset. Tapio Hansson

Perusvuorovaikutukset. Tapio Hansson Perusvuorovaikutukset Tapio Hansson Perusvuorovaikutukset Vuorovaikutukset on perinteisesti jaettu neljään: Gravitaatio Sähkömagneettinen vuorovaikutus Heikko vuorovaikutus Vahva vuorovaikutus Sähköheikkoteoria

Lisätiedot

Teoreettinen hiukkasfysiikka ja kosmologia Oulun yliopistossa. Kari Rummukainen

Teoreettinen hiukkasfysiikka ja kosmologia Oulun yliopistossa. Kari Rummukainen Teoreettinen hiukkasfysiikka ja kosmologia Oulun yliopistossa Kari Rummukainen Mitä hiukkasfysiikka tutkii? Mitä Oulussa tutkitaan? Opiskelu ja sijoittuminen työelämässä Teoreettinen fysiikka: työkaluja

Lisätiedot

Maailmankaikkeuden syntynäkemys (nykykäsitys 2016)

Maailmankaikkeuden syntynäkemys (nykykäsitys 2016) Maailmankaikkeuden syntynäkemys (nykykäsitys 2016) Kvanttimeri - Kvanttimaailma väreilee (= kvanttifluktuaatiot eli kvanttiheilahtelut) sattumalta suuri energia (tyhjiöenergia)

Lisätiedot

766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka

766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka 766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka Luentomonistetta täydentävää materiaalia: 5 Juhani Lounila Oulun yliopisto, Fysiikan laitos, 04 Hiukkasfysiikka Hiukkaskiihdyttimet Ydin- ja hiukkasfysiikan varhaisvaiheessa

Lisätiedot

Fysiikan Nobel 2008: Uusia tosiasioita aineen perimmäisistä rakenneosasista

Fysiikan Nobel 2008: Uusia tosiasioita aineen perimmäisistä rakenneosasista Fysiikan Nobel 2008: Uusia tosiasioita aineen perimmäisistä rakenneosasista K. Kajantie keijo.kajantie@helsinki.fi Tampere, 14.12.2008 Fysiikan (teoreettisen) professori, Helsingin yliopisto, 1970-2008

Lisätiedot

Mitä energia on? Risto Orava Helsingin yliopisto Fysiikan tutkimuslaitos CERN

Mitä energia on? Risto Orava Helsingin yliopisto Fysiikan tutkimuslaitos CERN Mitä energia on? Risto Orava Helsingin yliopisto Fysiikan tutkimuslaitos CERN 17. helmikuuta 2011 ENERGIA JA HYVINVOINTI TANNER-LUENTO 2011 1 Mistä energiaa saadaan? Perusenergia sähkö heikko paino vahva

Lisätiedot

Aine ja maailmankaikkeus. Kari Enqvist Helsingin yliopisto ja Fysiikan tutkimuslaitos

Aine ja maailmankaikkeus. Kari Enqvist Helsingin yliopisto ja Fysiikan tutkimuslaitos Aine ja maailmankaikkeus Kari Enqvist Helsingin yliopisto ja Fysiikan tutkimuslaitos Lahden yliopistokeskus 29.9.2011 1900-luku tiedon uskomaton vuosisata -mikä on aineen olemus -miksi on erilaisia aineita

Lisätiedot

Hiukkasfysiikka, kosmologia, ja kaikki se?

Hiukkasfysiikka, kosmologia, ja kaikki se? Hiukkasfysiikka, kosmologia, ja kaikki se? Kari Rummukainen Fysiikan laitos & Fysiikan tutkimuslaitos (HIP) Helsingin Yliopisto Kari Rummukainen Hiukkasfysiikka + kosmologia Varhainen maailmankaikkeus

Lisätiedot

Theory Finnish (Finland) Suuri hadronitörmäytin (Large Hadron Collider, LHC) (10 pistettä)

Theory Finnish (Finland) Suuri hadronitörmäytin (Large Hadron Collider, LHC) (10 pistettä) Q3-1 Suuri hadronitörmäytin (Large Hadron Collider, LHC) (10 pistettä) Lue erillisessä kuoressa olevat yleisohjeet ennen tämän tehtävän aloittamista. Tässä tehtävässä tarkastellaan maailman suurimman hiukkasfysiikan

Lisätiedot

Aineen rakenteesta. Tapio Hansson

Aineen rakenteesta. Tapio Hansson Aineen rakenteesta Tapio Hansson Ykköskurssista jo muistamme... Atomin käsite on peräisin antiikin Kreikasta. Demokritos päätteli alunperin, että jatkuva aine ei voi koostua äärettömän pienistä alkeisosasista

Lisätiedot

Kvarkkiaineen tutkimus CERN:n ALICE-kokeessa

Kvarkkiaineen tutkimus CERN:n ALICE-kokeessa Kvarkkiaineen tutkimus CERN:n ALICE-kokeessa Sami RäsänenR SISÄLTÖ: Vahvojen vuorovaikutusten teorian (=QCD) historiaa Olomuodon muutos ydinaineesta kvarkkiaineeseen Kvarkkiaineen kokeellinen tutkimus,

Lisätiedot

STANDARDIMALLI. Perus- Sähkö- Elektronin Myonin Taun hiukka- varaus perhe perhe perhe set

STANDARDIMALLI. Perus- Sähkö- Elektronin Myonin Taun hiukka- varaus perhe perhe perhe set STANDARDIMALLI Fysiikan standardimalli on hiukkasmaailman malli, joka liittää yhteen alkeishiukkaset ja niiden vuorovaikutukset gravitaatiota lukuun ottamatta. Standardimallin mukaan kaikki aine koostuu

Lisätiedot

Arttu Haapiainen ja Timo Kamppinen. Standardimalli & Supersymmetria

Arttu Haapiainen ja Timo Kamppinen. Standardimalli & Supersymmetria Standardimalli & Supersymmetria Standardimalli Hiukkasfysiikan Standardimalli on teoria, joka kuvaa hiukkaset ja voimat, jotka vaikuttavat luonnossa. Ympärillämme näkyvä maailma koostuu ylös- ja alas-kvarkeista

Lisätiedot

(Hiukkas)fysiikan standardimalli

(Hiukkas)fysiikan standardimalli Alkeishiukkasista maailmankaikkeuteen: (Hiukkas)fysiikan standardimalli Helsingin Yliopisto Kaikki koostuu alkeishiukkasista: Aine koostuu protoneista, neutroneista ja elektroneista Protonit ja neutronit

Lisätiedot

Opetusesimerkki hiukkasfysiikan avoimella datalla: CMS Masterclass 2014

Opetusesimerkki hiukkasfysiikan avoimella datalla: CMS Masterclass 2014 Opetusesimerkki hiukkasfysiikan avoimella datalla: CMS Masterclass 2014 CERN ja LHC LHC-kiihdytin ja sen koeasemat sijaitsevat 27km pitkässä tunnelissa noin 100 m maan alla Ranskan ja Sveitsin raja-alueella.

Lisätiedot

Suomalainen tutkimus LHC:llä. Paula Eerola Fysiikan laitos ja Fysiikan tutkimuslaitos

Suomalainen tutkimus LHC:llä. Paula Eerola Fysiikan laitos ja Fysiikan tutkimuslaitos Suomalainen tutkimus LHC:llä Paula Eerola Fysiikan laitos ja Fysiikan tutkimuslaitos 2.12.2009 Mitä hiukkasfysiikka tutkii? Hiukkasfysiikka tutkii aineen pienimpiä rakennusosia ja niiden välisiä vuorovaikutuksia.

Lisätiedot

Fysiikka 8. Aine ja säteily

Fysiikka 8. Aine ja säteily Fysiikka 8 Aine ja säteily Sähkömagneettinen säteily James Clerk Maxwell esitti v. 1864 sähkövarauksen ja sähkövirran sekä sähkö- ja magneettikentän välisiä riippuvuuksia kuvaavan teorian. Maxwellin teorian

Lisätiedot

Suhteellisuusteoriasta, laskuista ja yksiköistä kvantti- ja hiukkasfysiikassa. Tapio Hansson

Suhteellisuusteoriasta, laskuista ja yksiköistä kvantti- ja hiukkasfysiikassa. Tapio Hansson Suhteellisuusteoriasta, laskuista ja yksiköistä kvantti- ja hiukkasfysiikassa Tapio Hansson Laskentoa SI-järjestelmä soveltuu hieman huonosti kvantti- ja hiukaksfysiikkaan. Sen perusyksiköiden mittakaava

Lisätiedot

Hyvä käyttäjä! Ystävällisin terveisin. Toimitus

Hyvä käyttäjä! Ystävällisin terveisin. Toimitus Hyvä käyttäjä! Tämä pdf-tiedosto on ladattu Tieteen Kuvalehden verkkosivuilta (www.tieteenkuvalehti.com). Tiedosto on tarkoitettu henkilökohtaiseen käyttöön, eikä sitä saa luovuttaa kolmannelle osapuolelle.

Lisätiedot

Kvanttifysiikan perusteet 2017

Kvanttifysiikan perusteet 2017 Kvanttifysiikan perusteet 207 Harjoitus 2: ratkaisut Tehtävä Osoita hyödyntäen Maxwellin yhtälöitä, että tyhjiössä magneettikenttä ja sähkökenttä toteuttavat aaltoyhtälön, missä aallon nopeus on v = c.

Lisätiedot

Galaksit ja kosmologia 53926, 5 op, syksy 2015 D114 Physicum

Galaksit ja kosmologia 53926, 5 op, syksy 2015 D114 Physicum Galaksit ja kosmologia 53926, 5 op, syksy 2015 D114 Physicum Luento 12: Varhainen maailmankaikkeus 24/11/2015 www.helsinki.fi/yliopisto 24/11/15 1 Tällä luennolla käsitellään 1. Varhaisen maailmankaikkeuden

Lisätiedot

Havainto uudesta 125 GeV painavasta hiukkasesta

Havainto uudesta 125 GeV painavasta hiukkasesta Havainto uudesta 125 GeV painavasta hiukkasesta CMS-koe CERN 4. heinäkuuta 2012 Yhteenveto CERNin Large Hadron Collider (LHC) -törmäyttimen Compact Muon Solenoid (CMS) -kokeen tutkijat ovat tänään julkistaneet

Lisätiedot

Neutriino-oskillaatiot

Neutriino-oskillaatiot Neutriino-oskillaatiot Seminaariesitys Joonas Ilmavirta Jyväskylän yliopisto 29.11.2011 Joonas Ilmavirta (JYU) Neutriino-oskillaatiot 29.11.2011 1 / 16 Jotain vikaa β-hajoamisessa Ytimen β-hajoamisessa

Lisätiedot

Hiukkasten lumo: uuden fysiikan alku. Oili Kemppainen

Hiukkasten lumo: uuden fysiikan alku. Oili Kemppainen Hiukkasten lumo: uuden fysiikan alku Oili Kemppainen 29.09.2009 Hiukkasfysiikka tutkii luonnon perusrakenteita Käsitykset aineen rakenteesta ja luonnonlaeista muuttuneet radikaalisti Viimeisin murros 1960-

Lisätiedot

LHC -riskianalyysi. Emmi Ruokokoski

LHC -riskianalyysi. Emmi Ruokokoski LHC -riskianalyysi Emmi Ruokokoski 30.3.2009 Johdanto Mikä LHC on? Perustietoa ja taustaa Mahdolliset riskit: mikroskooppiset mustat aukot outokaiset magneettiset monopolit tyhjiökuplat Emmi Ruokokoski

Lisätiedot

Perusvuorovaikutukset

Perusvuorovaikutukset Perusvuorovaikutukset Mikko Mustonen Mika Kainulainen CERN tutkielma Nurmeksen lukio Syksy 2009 Sisältö 1 Johdanto... 3 2 Perusvuorovaikutusten historia... 3 3 Teoria... 6 3.1 Gravitaatio... 6 3.2 Sähkömagneettinen

Lisätiedot

Kosmos = maailmankaikkeus

Kosmos = maailmankaikkeus Kosmos = maailmankaikkeus Synty: Big Bang, alkuräjähdys 13 820 000 000 v sitten Koostumus: - Pimeä energia 3/4 - Pimeä aine ¼ - Näkyvä aine 1/20: - vetyä ¾, heliumia ¼, pari prosenttia muita alkuaineita

Lisätiedot

Hiukkaskiihdyttimet ja -ilmaisimet

Hiukkaskiihdyttimet ja -ilmaisimet Kati Lassila-Perini Fysiikan tutkimuslaitos Miksi hiukkasia kiihdytetään? Miten hiukkasia kiihdytetään? Mitä törmäyksessä tapahtuu? Miten hiukkasia mitataan? Esitys hiukkasfysiikan näkökulmasta, vastaavia

Lisätiedot

Ydin- ja hiukkasfysiikka: Harjoitus 1 Ratkaisut 1

Ydin- ja hiukkasfysiikka: Harjoitus 1 Ratkaisut 1 Ydin- ja hiukkasfysiikka: Harjoitus Ratkaisut Tehtävä i) Isotoopeilla on sama määrä protoneja, eli sama järjestysluku Z, mutta eri massaluku A. Tässä isotooppeja keskenään ovat 9 30 3 0 4Be ja 4 Be, 4Si,

Lisätiedot

Aineen olemuksesta. Jukka Maalampi Fysiikan laitos Jyväskylän yliopisto

Aineen olemuksesta. Jukka Maalampi Fysiikan laitos Jyväskylän yliopisto Aineen olemuksesta Jukka Maalampi Fysiikan laitos Jyväskylän yliopisto Miten käsitys aineen perimmäisestä rakenteesta on kehittynyt aikojen kuluessa? Mitä ajattelemme siitä nyt? Atomistit Loogisen päättelyn

Lisätiedot

QCD vahvojen vuorovaikutusten monimutkainen teoria

QCD vahvojen vuorovaikutusten monimutkainen teoria QCD vahvojen vuorovaikutusten monimutkainen teoria Aleksi Vuorinen Helsingin yliopisto Hiukkasfysiikan kesäkoulu Helsingin yliopisto, 18.5.2017 Päälähde: P. Hoyer, Introduction to QCD, http://www.helsinki.fi/~hoyer/talks/mugla_hoyer.pdf

Lisätiedot

Hiukkaskiihdyttimet ja -ilmaisimet

Hiukkaskiihdyttimet ja -ilmaisimet Hiukkaskiihdyttimet ja -ilmaisimet Kati Lassila-Perini Fysiikan tutkimuslaitos Miksi hiukkasia kiihdytetään? Miten hiukkasia kiihdytetään? Mitä törmäyksessä tapahtuu? Miten hiukkasia mitataan? Esitys hiukkasfysiikan

Lisätiedot

Mahtuuko kaikkeus liitutaululle?

Mahtuuko kaikkeus liitutaululle? Mahtuuko kaikkeus liitutaululle? Teoreettinen näkökulma hiukkasfysiikkaan Jaana Heikkilä, CERN, 304-1-007 7.2.2017 Ylioppilas, 2010, Madetojan musiikkilukio, Oulu LuK (Fysiikka, teor. fysiikka), 2013,

Lisätiedot

Fysiikan nykytila ja saavutukset

Fysiikan nykytila ja saavutukset Fysiikan nykytila ja saavutukset Jako osa-alueisiin Nykyfysiikan jako pääaloihin voidaan tehdä sen perusteella mitä fysiikassa tällä hetkellä tutkitaan aktiivisesti (eli tutkimuskohteen mukaan). Näitä

Lisätiedot

CERN-matka

CERN-matka CERN-matka 2016-2017 UUTTA FYSIIKKAA Janne Tapiovaara Rauman Lyseon lukio http://imglulz.com/wp-content/uploads/2015/02/keep-calm-and-let-it-go.jpg FYSIIKKA ON KOKEELLINEN LUONNONTIEDE, JOKA PYRKII SELITTÄMÄÄN

Lisätiedot

Uusimmat tulokset ATLAS-kokeen Higgs hiukkasen etsinnästä

Uusimmat tulokset ATLAS-kokeen Higgs hiukkasen etsinnästä Uusimmat tulokset ATLAS-kokeen Higgs hiukkasen etsinnästä 4. kesäkuuta 2012 ATLAS koe esitteli uusimmat tuloksensa Higgs-hiukkasen etsinnästä. Tulokset esiteltiin CERNissä pidetyssä seminaarissa joka välitettiin

Lisätiedot

Higgsin bosonin etsintä CMS-kokeessa LHC:n vuosien 2010 ja 2011 datasta CERN, 13 joulukuuta 2011

Higgsin bosonin etsintä CMS-kokeessa LHC:n vuosien 2010 ja 2011 datasta CERN, 13 joulukuuta 2011 Higgsin bosonin etsintä CMS-kokeessa LHC:n vuosien 2010 ja 2011 datasta CERN, 13 joulukuuta 2011 Higgsin bosoni on ainoa hiukkasfysiikan standardimallin (SM) ennustama hiukkanen, jota ei ole vielä löydetty

Lisätiedot

Mikä on CERN? Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire

Mikä on CERN? Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire Mikä on CERN? Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire CERN on maailman suurin hiukkasfysiikan tutkimuslaitos Ranskan ja Sveitsin rajalla lähellä Geneveä Peruste;u 1954 Suomi lii;yi 1991 21 jäsenmaata

Lisätiedot

Neutriinofysiikka. Tvärminne Jukka Maalampi Fysiikan laitos, Jyväskylän yliopisto

Neutriinofysiikka. Tvärminne Jukka Maalampi Fysiikan laitos, Jyväskylän yliopisto Neutriinofysiikka Tvärminne 27.5.2010 Jukka Maalampi Fysiikan laitos, Jyväskylän yliopisto Neutriinon keksiminen Ongelma 1900-luvun alusta: beetahajoamisessa syntyvän neutriinon energiaspektri on jatkuva.

Lisätiedot

Kvarkeista kvanttipainovoimaan ja takaisin

Kvarkeista kvanttipainovoimaan ja takaisin 1/31 Kvarkeista kvanttipainovoimaan ja takaisin Niko Jokela Hiukkasfysiikan kesäkoulu Helsinki 18. toukokuuta 2017 2/31 Säieteorian perusidea Hieman historiaa 1 Säieteorian perusidea Hieman historiaa 2

Lisätiedot

Atomin ydin. Z = varausluku (järjestysluku) = protonien määrä N = neutroniluku A = massaluku (nukleoniluku) A = Z + N

Atomin ydin. Z = varausluku (järjestysluku) = protonien määrä N = neutroniluku A = massaluku (nukleoniluku) A = Z + N Atomin ydin ytimen rakenneosia, protoneja (p + ) ja neutroneja (n) kutsutaan nukleoneiksi Z = varausluku (järjestysluku) = protonien määrä N = neutroniluku A = massaluku (nukleoniluku) A = Z + N saman

Lisätiedot

Kokeellisen tiedonhankinnan menetelmät

Kokeellisen tiedonhankinnan menetelmät Kokeellisen tiedonhankinnan menetelmät Ongelma: Tähdet ovat kaukana... Objektiivi Esine Objektiivi muodostaa pienennetyn ja ylösalaisen kuvan Tarvitaan useita linssejä tai peilejä! syys 23 11:04 Galilein

Lisätiedot

Kvantittuminen. E = hf f on säteilyn taajuus h on Planckin vakio h = 6, Js = 4, evs. Planckin kvanttihypoteesi

Kvantittuminen. E = hf f on säteilyn taajuus h on Planckin vakio h = 6, Js = 4, evs. Planckin kvanttihypoteesi Kvantittuminen Planckin kvanttihypoteesi Kappale vastaanottaa ja luovuttaa säteilyä vain tietyn suuruisina energia-annoksina eli kvantteina Kappaleen emittoima säteily ei ole jatkuvaa (kvantittuminen)

Lisätiedot

Harvinainen standardimallin ennustama B- mesonin hajoaminen havaittu CMS- kokeessa

Harvinainen standardimallin ennustama B- mesonin hajoaminen havaittu CMS- kokeessa Harvinainen standardimallin ennustama B- mesonin hajoaminen havaittu CMS- kokeessa CMS- koe raportoi uusissa tuloksissaan Bs- mesonin (B- sub- s) hajoamisesta kahteen myoniin, jolle Standardimalli (SM)

Lisätiedot

Atomimallit. Tapio Hansson

Atomimallit. Tapio Hansson Atomimallit Tapio Hansson Atomin käsite Atomin käsite on peräisin antiikin Kreikasta. Filosofi Demokritos päätteli (n. 400 eaa.), että äärellisen maailman tulee koostua äärellisistä, jakamattomista hiukkasista

Lisätiedot

PIMEÄ ENERGIA mysteeri vai kangastus? Kari Enqvist Helsingin yliopisto ja Fysiikan tutkimuslaitos

PIMEÄ ENERGIA mysteeri vai kangastus? Kari Enqvist Helsingin yliopisto ja Fysiikan tutkimuslaitos PIMEÄ ENERGIA mysteeri vai kangastus? Kari Enqvist Helsingin yliopisto ja Fysiikan tutkimuslaitos 1917: Einstein sovelsi yleistä suhteellisuusteoriaa koko maailmankaikkeuteen Linnunradan eli maailmankaikkeuden

Lisätiedot

Kosmologia: Miten maailmankaikkeudesta tuli tällainen? Tapio Hansson

Kosmologia: Miten maailmankaikkeudesta tuli tällainen? Tapio Hansson Kosmologia: Miten maailmankaikkeudesta tuli tällainen? Tapio Hansson Kosmologia Kosmologiaa tutkii maailmankaikkeuden rakennetta ja historiaa Yhdistää havaitsevaa tähtitiedettä ja fysiikkaa Tämän hetken

Lisätiedot

Paula Eerola 17.1.2012

Paula Eerola 17.1.2012 Suomalainen tutkimus LHC:llä Paula Eerola Fysiikan laitos ja Fysiikan tutkimuslaitostki it 17.1.2012 Mikä on LHC? LHC Large Hadron Collider Suuri Hiukkastörmäytin on CERN:ssä sijaitseva it kiihdytin, toiminnassa

Lisätiedot

Hiukkasfysiikan kokeet

Hiukkasfysiikan kokeet Hiukkasfysiikan kokeet Santeri Laurila Helsingin yliopisto Fysiikan tutkimuslaitos (HIP) kalvot: Santeri Laurila, Kati Lassila-Perini, Mikko Voutilainen, Lauri A. Wendland Hiukkasfysiikan kokeet 1 / 54

Lisätiedot

Kosmologian yleiskatsaus. Syksy Räsänen Helsingin yliopisto, fysiikan laitos ja Fysiikan tutkimuslaitos

Kosmologian yleiskatsaus. Syksy Räsänen Helsingin yliopisto, fysiikan laitos ja Fysiikan tutkimuslaitos Kosmologian yleiskatsaus Syksy Räsänen Helsingin yliopisto, fysiikan laitos ja Fysiikan tutkimuslaitos www.helsinki.fi/yliopisto 1 Päämääriä Kosmologia tutkii maailmankaikkeutta kokonaisuutena. Kehitys,

Lisätiedot

Fysiikkaa runoilijoille Osa 7: kohti kaiken teoriaa

Fysiikkaa runoilijoille Osa 7: kohti kaiken teoriaa Fysiikkaa runoilijoille Osa 7: kohti kaiken teoriaa Syksy Räsänen Helsingin yliopisto, fysiikan laitos ja fysiikan tutkimuslaitos www.helsinki.fi/yliopisto 1 Modernin fysiikan sukupuu Klassinen mekaniikka

Lisätiedot

Maailmankaikkeuden kriittinen tiheys

Maailmankaikkeuden kriittinen tiheys Maailmankaikkeuden kriittinen tiheys Tarkastellaan maailmankaikkeuden pientä pallomaista laajenevaa osaa, joka sisältää laajenemisliikkeessä olevia galakseja. Olkoon pallon säde R, massa M ja maailmankaikkeuden

Lisätiedot

3.1 Varhaiset atomimallit (1/3)

3.1 Varhaiset atomimallit (1/3) + 3 ATOMIN MALLI 3.1 Varhaiset atomimallit (1/3) Thomsonin rusinakakkumallissa positiivisesti varautuneen hyytelömäisen aineen sisällä on negatiivisia elektroneja kuin rusinat kakussa. Rutherford pommitti

Lisätiedot

Hiukkasfysiikan kokeet

Hiukkasfysiikan kokeet Helsingin yliopisto Fysiikan tutkimuslaitos (HIP) kalvot: Santeri Laurila,, Mikko Voutilainen, Lauri A. Wendland 1 / 54 Fysiikan teoria ja kokeet Teoria Kokeet 1. Hiukkaskiihdyttimet 2. Ilmaisimet 3. Data-analyysi

Lisätiedot

KVANTTITEORIA MODERNI FYSIIKKA KVANTTITEORIAN SYNTY AALTO HIUKKAS-DUALISMI EPÄTARKKUUSPERIAATE TUNNELOITUMINEN ELEKTRONIRAKENNE UUSI MAAILMANKUVA

KVANTTITEORIA MODERNI FYSIIKKA KVANTTITEORIAN SYNTY AALTO HIUKKAS-DUALISMI EPÄTARKKUUSPERIAATE TUNNELOITUMINEN ELEKTRONIRAKENNE UUSI MAAILMANKUVA KVANTTITEORIA 1 MODERNI FYSIIKKA KVANTTITEORIAN SYNTY AALTO HIUKKAS-DUALISMI EPÄTARKKUUSPERIAATE TUNNELOITUMINEN ELEKTRONIRAKENNE UUSI MAAILMANKUVA Fysiikka KVANTTITEORIA Metso Tampere 13.11.2005 MODERNI

Lisätiedot

Tarinaa tähtitieteen tiimoilta FYSIIKAN JA KEMIAN PERUSTEET JA PEDAGOGIIKKA 2014 KARI SORMUNEN

Tarinaa tähtitieteen tiimoilta FYSIIKAN JA KEMIAN PERUSTEET JA PEDAGOGIIKKA 2014 KARI SORMUNEN Tarinaa tähtitieteen tiimoilta FYSIIKAN JA KEMIAN PERUSTEET JA PEDAGOGIIKKA 2014 KARI SORMUNEN Oppilaiden ennakkokäsityksiä avaruuteen liittyen Aurinko kiertää Maata Vuodenaikojen vaihtelu johtuu siitä,

Lisätiedot

MasterClass 14. Hiukkasfysiikan kokeet

MasterClass 14. Hiukkasfysiikan kokeet MasterClass 14 Hiukkasfysiikan kokeet Mikko Voutilainen Helsingin yliopisto osa kalvoista: Lauri A. Wendland Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 1 / 54 Koe ja teoria kohtaavat Teoria Kokeet Hiukkasfysiikan

Lisätiedot

ja KVANTTITEORIA MODERNI FYSIIKKA KVANTTITEORIAN SYNTY AALTO HIUKKAS-DUALISMI EPÄTARKKUUSPERIAATE TUNNELOITUMINEN ELEKTRONIRAKENNE UUSI MAAILMANKUVA

ja KVANTTITEORIA MODERNI FYSIIKKA KVANTTITEORIAN SYNTY AALTO HIUKKAS-DUALISMI EPÄTARKKUUSPERIAATE TUNNELOITUMINEN ELEKTRONIRAKENNE UUSI MAAILMANKUVA ja KVANTTITEORIA 1 MODERNI FYSIIKKA KVANTTITEORIAN SYNTY AALTO HIUKKAS-DUALISMI EPÄTARKKUUSPERIAATE TUNNELOITUMINEN ELEKTRONIRAKENNE UUSI MAAILMANKUVA Fysiikka WYP2005 ja KVANTTITEORIA 24.1.2006 WYP 2005

Lisätiedot

Pimeän energian metsästys satelliittihavainnoin

Pimeän energian metsästys satelliittihavainnoin Pimeän energian metsästys satelliittihavainnoin Avaruusrekka, Kumpulan pysäkki 04.10.2012 Peter Johansson Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta / Peter Johansson/ Avaruusrekka 04.10.2012 13/08/14

Lisätiedot

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 KERTAUSTA

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 KERTAUSTA KERTAUSTA REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 Aineiden ominaisuudet voidaan selittää niiden rakenteen avulla. Aineen rakenteen ja ominaisuuksien väliset riippuvuudet selittyvät kemiallisten sidosten avulla. Vahvat

Lisätiedot

S U H T E E L L I S U U S T E O R I AN P Ä Ä P I I R T E I T Ä

S U H T E E L L I S U U S T E O R I AN P Ä Ä P I I R T E I T Ä S U H T E E L L I S U U S T E O R I AN P Ä Ä P I I R T E I T Ä (ks. esim. http://www.kotiposti.net/ajnieminen/sutek.pdf). 1. a) Suppeamman suhteellisuusteorian perusolettamukset (Einsteinin suppeampi suhteellisuusteoria

Lisätiedot

12. Hiukkasfysiikka Peruskäsitteitä. Antihiukkaset

12. Hiukkasfysiikka Peruskäsitteitä. Antihiukkaset LaFy IV, 2016 153 12. Hiukkasfysiikka Hiukkasfysiikan voidaan katsoa alkaneen siitä, kun Thomson löysi elektronin v. 1897. Rutherford löysi kulta-atomin ytimen v. 1913. Hän myös nimesi vetyatomin ytimen

Lisätiedot

MIKKELIN LUKIO SPEKTROMETRIA. NOT-tiedekoulu La Palma

MIKKELIN LUKIO SPEKTROMETRIA. NOT-tiedekoulu La Palma MIKKELIN LUKIO SPEKTROMETRIA NOT-tiedekoulu La Palma Kasper Honkanen, Ilona Arola, Lotta Loponen, Helmi-Tuulia Korpijärvi ja Anastasia Koivikko 20.11.2011 Ryhmämme työ käsittelee spektrometriaa ja sen

Lisätiedot

Korrelaatiofunktio ja pionin hajoamisen kinematiikkaa

Korrelaatiofunktio ja pionin hajoamisen kinematiikkaa Korrelaatiofunktio ja pionin hajoamisen kinematiikkaa Timo J. Kärkkäinen timo.j.karkkainen@helsinki.fi Teoreettisen fysiikan syventävien opintojen seminaari, Helsingin yliopiston fysiikan laitos 11. lokakuuta

Lisätiedot

Sisältö. Artikkelit. Viitteet. Artikkelilisenssit

Sisältö. Artikkelit. Viitteet. Artikkelilisenssit Sisältö Artikkelit Kvanttikenttäteoria 1 Vuorovaikutus 1 Sähkömagneettinen vuorovaikutus 2 Kenttä (fysiikka) 4 Kvanttisähködynamiikka 12 Sähkövaraus 13 Hiukkasfysiikan standardimalli 18 Mittabosoni 21

Lisätiedot

MAAILMANKAIKKEUDEN SYNTY

MAAILMANKAIKKEUDEN SYNTY MAAILMANKAIKKEUDEN SYNTY Maailmankaikkeuden synty selitetään nykyään ns. alkuräjähdysteorian ( Big Bang ) avulla. Alkuräjähdysteorian mukaan maailmankaikkeus syntyi tyhjästä tai lähes tyhjästä äärettömän

Lisätiedot

LIITE 11A: VALOSÄHKÖINEN ILMIÖ

LIITE 11A: VALOSÄHKÖINEN ILMIÖ LIITE 11A: VALOSÄHKÖINEN ILMIÖ Valosähköisellä ilmiöllä ymmärretään tässä oppikirjamaisesti sitä, että kun virtapiirissä ja tyhjiölampussa olevan anodi-katodi yhdistelmän katodia säteilytetään fotoneilla,

Lisätiedot

Suojeleva Aurinko: Aurinko ja kosmiset säteet IHY 2007-2009

Suojeleva Aurinko: Aurinko ja kosmiset säteet IHY 2007-2009 Suojeleva Aurinko: Aurinko ja kosmiset säteet IHY 2007-2009 Eino Valtonen Avaruustutkimuslaboratorio, Fysiikan ja tähtitieteen laitos, Turun yliopisto Eino.Valtonen@utu.fi 2 Kosminen säde? 3 4 5 Historia

Lisätiedot

MAAILMANKAIKKEUDEN PIENET JA SUURET RAKENTEET

MAAILMANKAIKKEUDEN PIENET JA SUURET RAKENTEET MAAILMANKAIKKEUDEN PIENET JA SUURET RAKENTEET KAIKKI HAVAITTAVA ON AINETTA TAI SÄTEILYÄ 1. Jokainen rakenne rakentuu pienemmistä rakenneosista. Luonnon rakenneosat suurimmasta pienimpään galaksijoukko

Lisätiedot

Robert Brout. Higgsin bosoni. S. Lehti Fysiikan tutkimuslaitos Helsinki. Francois Englert. sami.lehti@cern.ch. Peter Higgs

Robert Brout. Higgsin bosoni. S. Lehti Fysiikan tutkimuslaitos Helsinki. Francois Englert. sami.lehti@cern.ch. Peter Higgs Robert Brout Higgsin bosoni Francois Englert S. Lehti Fysiikan tutkimuslaitos Helsinki sami.lehti@cern.ch Peter Higgs G.Landsberg in EPS-HEP 2013 2 Muutamia peruskäsitteitä 3 Leptonit: alkeishiukkasia,

Lisätiedot

Triggeri. Tuula Mäki

Triggeri. Tuula Mäki Triggeri CERN Fysiikan kesäkoulu Tvärminne 24.05. 28.05.200 Sisältö Mikä on triggeri ja miksi se on tärkeä? CMS kokeen triggeri ensimmäinen ja toinen taso Harvennus (pre scaling) ja triggerin tehokkuus

Lisätiedot

Uudet kokeet testaavat maailmankaikkeuden kohtalon: Muuttuuko kaikki aine lopulta säteilyksi?

Uudet kokeet testaavat maailmankaikkeuden kohtalon: Muuttuuko kaikki aine lopulta säteilyksi? Uudet kokeet testaavat maailmankaikkeuden kohtalon: Muuttuuko kaikki aine lopulta säteilyksi? Ainetta ja sen perusosasia, protoneja, pidetään ikuisesti pysyvinä. Eräät hiukkasfysiikan teoriat ennustavat

Lisätiedot

LHC kokeet v J.Tuominiemi /

LHC kokeet v J.Tuominiemi / J.Tuominiemi / 28.12.2011 LHC kokeet v. 2011 CERNin LHC törmäytin oli talviseisokissa 6.12.2010 lähtien aina helmikuuhun 2011. Laitteistoa huollettiin ja tehtiin parannustöitä. Samoin LHC koeasemia huollettiin

Lisätiedot

Klassisssa mekaniikassa määritellään liikemäärä p kl näin:

Klassisssa mekaniikassa määritellään liikemäärä p kl näin: Relativistinen liikemäärä Luento 3 Klassisssa mekaniikassa määritellään liikemäärä p kl näin: pkl = mv. Mekaniikan ilmiöissä on todettu olevan voimassa liikemäärän säilymisen laki: eristetyn systeemin

Lisätiedot

KERTAUSTEHTÄVIEN RATKAISUT

KERTAUSTEHTÄVIEN RATKAISUT KERTAUSTEHTÄVIEN RATKAISUT 1. a) Karkea virhe on seurausta mittaamisvälineen epätarkoituksenmukaisesta ja väärästä käsittelystä tai lukemavirheestä. Mittaussarjan karkeat virheet paljastuvat usein tuloksia

Lisätiedot

Higgsin fysiikkaa. Katri Huitu Fysiikan laitos, AFO Fysiikan tutkimuslaitos

Higgsin fysiikkaa. Katri Huitu Fysiikan laitos, AFO Fysiikan tutkimuslaitos Higgsin fysiikkaa Katri Huitu Fysiikan laitos, AFO Fysiikan tutkimuslaitos Sisällys: Higgsin teoriaa Tarkkuusmittauksia Standardimallin Higgs Supersymmetriset Higgsit Vahvasti vuorovaikuttava Higgsin sektori

Lisätiedot

Aurinko. Tähtitieteen peruskurssi

Aurinko. Tähtitieteen peruskurssi Aurinko K E S K E I S E T K Ä S I T T E E T : A T M O S F Ä Ä R I, F O T O S F Ä Ä R I, K R O M O S F Ä Ä R I J A K O R O N A G R A N U L A A T I O J A A U R I N G O N P I L K U T P R O T U B E R A N S

Lisätiedot

Sähköstatiikka ja magnetismi

Sähköstatiikka ja magnetismi Sähköstatiikka ja magnetismi Johdatus magnetismiin Antti Haarto 19.11.2012 Magneettikenttä Sähkövaraus aiheuttaa ympärilleen sähkökentän Liikkuva sähkövaraus saa aikaan ympärilleen myös magneettikentän

Lisätiedot

Säteily ja suojautuminen Joel Nikkola

Säteily ja suojautuminen Joel Nikkola Säteily ja suojautuminen 28.10.2016 Joel Nikkola Kotitehtävät Keskustele parin kanssa aurinkokunnan mittakaavasta. Jos maa olisi kolikon kokoinen, minkä kokoinen olisi aurinko? Jos kolikko olisi luokassa

Lisätiedot

raudan ja nikkelin paikkeilla: on siis mahdollista vapauttaa ytimen energiaa joko fuusioimalla tätä pienempiä ytimiä tai fissioimalla raskaampia.

raudan ja nikkelin paikkeilla: on siis mahdollista vapauttaa ytimen energiaa joko fuusioimalla tätä pienempiä ytimiä tai fissioimalla raskaampia. Vinkkejä tenttiin lukemiseen Virallisesti kurssin kirjoina on siis University Physics ja Eisberg&Resnick, mutta luentomoniste paljastaa, mitä olen pitänyt tärkeänä, joten jos et ymmärrä luentomuistiinpanojen

Lisätiedot

Erityinen suhteellisuusteoria (Harris luku 2)

Erityinen suhteellisuusteoria (Harris luku 2) Erityinen suhteellisuusteoria (Harris luku 2) Yliopistonlehtori, TkT Sami Kujala Mikro- ja nanotekniikan laitos Kevät 2016 Ajan ja pituuden suhteellisuus Relativistinen työ ja kokonaisenergia SMG-aaltojen

Lisätiedot

MAAILMANKAIKKEUDEN SYNTY

MAAILMANKAIKKEUDEN SYNTY MAAILMANKAIKKEUDEN SYNTY Maailmankaikkeuden synty selitetään nykyään kosmisen inflaation ja alkuräjähdysteorian ( Big Bang ) avulla. Maailmankaikkeus syntyi nykytietämyksen mukaan (2016) tyhjiöenergiasta

Lisätiedot

KVANTTIKOSMOLOGIAA VIRKAANASTUJAISESITELMÄ, PROFESSORI KIMMO KAINULAINEN. Arvoisa Dekaani, hyvä yleisö,

KVANTTIKOSMOLOGIAA VIRKAANASTUJAISESITELMÄ, PROFESSORI KIMMO KAINULAINEN. Arvoisa Dekaani, hyvä yleisö, VIRKAANASTUJAISESITELMÄ, 12.12.2012 PROFESSORI KIMMO KAINULAINEN KVANTTIKOSMOLOGIAA Arvoisa Dekaani, hyvä yleisö, Kosmologia on tiede joka tutkii maailmankaikkeutta kokonaisuutena ja sen kehityshistoriaa.

Lisätiedot

SUURITIHEYKSINEN PARTONIMATERIA

SUURITIHEYKSINEN PARTONIMATERIA SUURITIHEYKSINEN PARTONIMATERIA Sisältö Luonnolliset yksiköt Kvanttikromodynamiikka (Quantum Chromo Dynamics, QCD) Elektroni-protoni -sironta (Deep Inelastic Scattering, DIS) Väri-lasi-kondensaatti (Color

Lisätiedot