MasterClass 14. Hiukkasfysiikan kokeet

Koko: px
Aloita esitys sivulta:

Download "MasterClass 14. Hiukkasfysiikan kokeet"

Transkriptio

1 MasterClass 14 Hiukkasfysiikan kokeet Mikko Voutilainen Helsingin yliopisto osa kalvoista: Lauri A. Wendland Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 1 / 54

2 Koe ja teoria kohtaavat Teoria Kokeet Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 2 / 54

3 Suuret kiihdyttimet Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 3 / 54

4 Valtaisat ilmaisimet Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 4 / 54

5 2000 triljoonaa törmäystä Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 5 / 54

6 Satoja petatavuja dataa Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 6 / 54

7 Uusi Apollo-ohjelma Ensimmäinen kierros klo 10:28 Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 7 / 54

8 Innostuneita tutkijoita TeV fysiikka-ajon alku 30. maaliskuuta, 2010 klo 12:57 Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 8 / 54

9 Tiedettä reaaliajassa In science, we expect new discoveries to be confirmed by independent experiment, then accepted by scientific community after scrutiny On July 4 th, this all took place in a single seminar: discovery by acclamation! A new boson was found, with mass 125.7±0.5 GeV, and with properties consistent with the SM Higgs Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 9 / 54

10 MasterClass 14 Osa 3: kiihdyttimet * Kiihdytys sähkökentällä * Magneetit * LHC/CERN: status ja tavoitteet * Törmäykset: E=mc 2 Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 10 / 54

11 Kiihdytinkompleksi Maailman suurin kiihdytinkompleksi: LHC-kiihdytinrengas 27 km, neljä suurta koeasemaa, lukuisia esikiihdyttimiä Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 11 / 54

12 Esikiihdyttimet Kiihdytin toimii parhaiten tietyllä energia-alueella (LHC TeV) Todella suureen energiaan pääsyyn tarvitaan ketju esikiihdyttimiä LINAC (LINear Accelerator): 50 MeV PSB (Proton Synchrothron Booster, 1972): 1.4 GeV PS (Proton Synchrotron, 1959): 26 GeV SPS (Super Proton Synchrotron, 1976): 450 GeV LHC (Large Hadron Collider, 2008, LEP ): 7 TeV Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 12 / 54

13 Potentiaaliero: ev Hiukkaskiihdyttimet perustuvat varauksen kiihdyttämiseen sähkökentällä Yksinkertaisin kiihdytin on kondensaattori Hiukkasfysiikan energian yksikkö on 1 ev eli elektronivoltti: elektronin saama liike-energia sen ylitettyä 1 V:n potentiaaliero Aiemmin esikiihdyttimenä käytetyllä Cockcroft-Walton generaattorilla eli jännitteenkertaajalla päästään miljooniin voltteihin Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 13 / 54

14 Liukuputki Läpilyönti rajoittaa levyn suurinta mahdollista jännitettä (vrt. salamat) Ratkaisuna käyttää pientä jännitettä ja vaihtaa putkien polariteettia Matalan energian malleissa käytetään liukuputkia (drift tube), joiden välissä on sähkökenttä. Putken polariteetti vaihdetaan, kun hiukkanen on putken sisällä Kiihdytys toimii, kun hiukkaset kimpuissa Fermilab 200 MeV linac drift tube CERN SPS RF cavity Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 14 / 54

15 Radiotaajuusresonaattori Lähellä valonnopeutta tarvittava kytkentänopeus on mikroaaltotaajuudella Kiihdytinputket vaihdetaan radiotaajuusresonaattoreihin (RF) Resonaattoriontelossa on seisova radioaalto, jonka sähkökenttä värähtelee kiihdytyssuunnassa Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 15 / 54

16 Rengaskiihdytin Suuriin energioihin pääsy vaatii todella pitkän kiihdytyksen Laitteiston pienentämiseksi hiukkaset kierrätetään ympyrää ja yhtä kiihdytinjaksoa käytetään uudelleen ja uudelleen off-beam collimator kiihdytinjakso beam abort beam halo collimator Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 16 / 54

17 Hiukkanen magneettikentässä Varatun hiukkasen rata kaareutuu magneettikentässä: F = q v x B Risti- eli vektoritulon suunta oikean käden säännöllä X x Y = Z...tai vasemman käden muistisäännöllä F.B.I. (I=qv) Yhdistämällä Newtonin toinen laki, F = ma, keskeiskiihtyvyys a = v 2 / R ja p = mv: p = qrb eli suurempi liikemäärä vastaa suurempaa kaarevuussädettä Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 17 / 54

18 Radan kääntäminen Ensimmäiset rengaskiihdyttimet käyttivät kestomagneetteja, jolloin hiukkasten kiertorata laajenee energian kasvaessa (syklotroni) Nykyisin käytössä sähkömagneetteja (tavallisia tai suprajohtavia), joiden virtaa voidaan muuttaa Hiukkanen ja sen antihiukkanen kaartuvat magneettikentässä eri suuntiin, joten ne voivat kulkea samaa putkea vastakkaisiin suuntiin LHC:ssä molemmat suihkut koostuvat protoneista, joten magneetteja tarvitaan kaksi Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 18 / 54

19 Vahva fokusointi Hiukkassuihkussa on pienessä tilassa suuri määrä saman varauksen omaavia hiukkasia, jotka pyrkivät erilleen Suihkun fokusointi tapahtuu kahdella poikittaisella kvadrupolimagneetilla, jotka taivuttavat harhautuneita hiukkasia kohti tyhjiöputken keskipistettä Tyypillisessä kiihdyttimessä on nk. FODO-ketju, jossa F fokusoi pystysuunnassa, D vaakasuunnassa ja O:t kääntävät rataa kvadrupolimagneetti testivarauksia dipolimagneetti Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 19 / 54

20 LHC-kompleksi (video) CERN-MOVIE mov 3:30 Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 20 / 54

21 Törmäys: E=mc 2 Törmäyksessä liike-energiaa muuttuu uusien hiukkasten massaksi Einsteinin kaavan E=mc 2 mukaisesti Liikemäärä ja kokonaisenergia säilyvät törmäyksessä: Kiinteällä kohtiolla vain Esuihku on käytettävissä uusien hiukkasten massaaan Protoni-protonitörmäyksessä koko 2Esuihku on käytettävissä uusien hiukkasten massaan kiinteä kohtio törmäytin Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 21 / 54

22 Suhteellisuusteoria Törmäyksissä syntyvät hiukkaset relativistisia eli suhteellisuusteorian mukaan E 2 = m0 2 c 4 + p 2 c 2 : Nopeus v lähes valonnopeus c: v~c Energia E ja liikemäärä p paljon suurempia kuin lepomassa m0: E>>m0c 2, p~e/c Käytännössä hiukkasfyysikot asettavat c=1 ja käyttävät energiasta (GeV), liikemäärästä (GeV/c) ja massoista (GeV/c 2 ) samaa energiayksikköä GeV (vastaa noin protonin massaenergiaa) Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 22 / 54

23 Materia vs antimateria Kaikissa tunnetuissa reaktioissa syntyy lähes täysin sama määrä ainetta ja antiainetta: varatut hiukkaset syntyvät vastapareittain leptoniluku säilyy (e, μ, τ, νe, νμ, ντ) baryoniluku (kolmen kvarkit hiukkaset kuten protoni ja neutroni) säilyy Kun hiukkanen ja antihiukkanen kohtaavat, syntyy puhdasta energiaa Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 23 / 54

24 MasterClass 14 Osa 4: ilmaisimet * Ilmaisinten perustyypit * Koeaseman rakenne * Varatut hiukkaset magneettikentässä * Energian mittaus ja muunnos signaaliksi * Hiukkasten tunnistaminen Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 24 / 54

25 Pari koeasemaa D0-koe, Fermilab CMS-koe, CERN Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 25 / 54

26 CMS - kompakti myonisolenoidi Jälki-ilmaisin Sähkömagneettinen kalorimetri Hadronikalorimetri Solenoidimagneetti Magneettivuon palautin (rautaa) Myoni-ilmaisimet Halkaisija: 15 m Pituus: 22 m Paino: t Magneettikenttä: 3.8 T Kollaboraattoreita: 3600 Kansallisuuksia: 38 Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 26 / 54

27 Biimiputki - hiukkasten moottoritie Protonikimput kulkevat koelaitteiston läpi ohuessa (n. 300 μm Be) biimiputkessa Protonit kulkevat siis tyhjiössä Törmäystuotteet lentävät yleensä vaivatta putken läpi Putkessa vastakkaisiin suuntiin liikkuvat protonikimput kulkevat toistensa läpi n. 20 μm x 20 μm x 10 cm kokoisella alueella keskellä koeasemaa 20µm törmäysalue 10cm Asennettu biimiputki Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 27 / 54

28 Jälki-ilmaisin - varattujen hiukkasten radat Sisin osa jälki-ilmaisimesta: piipikseli-ilmaisimia 70 milj. piipikseliä, joiden koko 100 μm x 150 μm Toimintaperiaate: varatut hiukkaset tuottavat piissä elektroniaukkopareja Vähintään kolme mittauspistettä kullekin radalle Mahdollistaa epästabiilien hiukkasten hajoamispaikan rekonstruoimisen (lentomatka tyypillisesti satoja μm) Kaaviokuva piipikseli-ilmaisimesta Puolikas piipikselimoduuli Rekonstruoitu neutraalin epästabiilin hiukkasen (D 0 ) hajoamispiste Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 28 / 54

29 Ulompi jälki-ilmaisin Ulompi osa jälki-ilmaisimesta: piinauhailmaisimia N. miljoona piinauhaa; n. 200 m 2 piitä Varatut hiukkaset tuottavat piissä elektroni-aukkopareja Mittaa varattujen hiukkasten jälkiä n. 10 µm tarkkuudella; antaa n. 10 mittauspistettä kullekin radalle 512/768 nauhaa 80/140 µm välein 12 cm Asennettu Piinauhailmaisin jälki-ilmaisin ilman piipikseleitä Rekonstruoituja jälkiä kosmisista myoneista Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 29 / 54

30 Fysiikkaa: ionisaatio Jälki-ilmaisinten toiminta perustuu ionisaatioon: varattu hiukkanen irrottaa atomien elektroneja sähkökenttä tai puolijohdediodi kerää varauksen Nykyaikainen jälki-ilmaisin toimii kuin digikameran kenno: tarkka paikannus Vanhoissa kupla- ja pilvikammioissa syntynyt varaus toimi kiehumis- tai tiivistymiskeskuksena, joista otettiin valokuva Hiukkasen radan kaarevuussäde kertoo hiukkasen liikemäärän (p=qrb) ja varauksen merkin Ionisaatiota hyödynnetään myös kalorimetreissä, joissa syntynyt varaus lasketaan yhteen Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 30 / 54

31 SM kalorimetri - elektronit ja fotonit N PbWO 4 kristallia Pysäyttää elektronit(/positronit) sekä fotonit Perustuu sähkömagneettiseen vuorovaikutukseen Valon määrä kristallissa vastaa hiukkasen energiaa Yksittäisiä Valmiiksi PbWO asennettu 4 -kristalleja kalorimetri 400:n PbWO 4 -kristallin moduuli Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 31 / 54

32 Fysiikkaa: tuikevalo Tuikevalo on kuin epätäydellinen ionisaatio: elektroni virittyy, mutta ei irtoa virityksen purkaantuminen vapauttaa fotonin valon kokonaismäärä verrannollinen hiukkasen energiaan Lyijyvolframaattikristalli, CMS, CERN Valo johdetaan valonmonistimiin, jotka muuttavat signaalin sähköiseksi Kamland, Japani: valonmonistimia nestetuikeainetankissa Tuikemuovia, CDF, Fermilab Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 32 / 54

33 Hadronikalorimetri Voileipä-rakenne Pino messinkilevyjä, joiden välissä tuikeilmaisimia Pysäyttää raskaat hiukkaset ja mittaa yksittäisen hiukkasen tai hiukkasryöpyn energian Perustuu vuorovaikutukseen atomiydinten välillä Tuikeilmaisinten valon määrä vastaa hiukkasten energiaa Hadronikalorimetrimoduuli Valmiiksi koottu kalorimetri Kierrätettyä messinkiä Venäjän laivastolta Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 33 / 54

34 Fysiikkaa: kuuro Kalorimetreissä primäärihiukkanen tuottaa kuuron sekundäärihiukkasia: sekundäärihiukkasia syntyy niin kauan kuin energiaa riittää niiden tuottoon sähkömagneettinen kuuro, n. 2 cm x 20 cm jarrutussäteily ja e + e - -parintuotto ytimen sähkökentässä vuorottelevat jarrutussäteily vaatii kevyen hiukkasen (=elektroni; myonit ja hadronit liian raskaita) hadroninen kuuro, n. 20 cm x 200 cm useita hadroneita kun osuma ytimeen; pieni maali, siksi pitkä kuuro hadroninen kuuro vaatii vahvasti vuorovaikuttavan hiukkasen (protoni, neutroni, pioni) Suurin osa ionisaatiosta ja tuikevalosta sekundäärihiukkasten tuottamaa Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 34 / 54

35 Kalorimetrejä Näytteistävässä kalorimetrissa absorboiva materiaali (usein metallilevy) tuottaa ryöpyn sekundäärihiukkasia, jotka aktiivinen materiaali mittaa Absorbaattori ja aktiivinen aine vuorottelevat => näytteistys: E = c1*e1 + c2*e2 + c3*e3... Levyjen välissä kuuro esim. ionisoi neste-argonia tai tuottaa valoa tuikemuovissa Aktiivinen kalorimetri sekä absorboi että aktivoituu esim. lyijyvolframaattikristallit Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 35 / 54

36 Solenoidimagneetti Suurin koskaan rakennettu suprajohtava magneetti magneettikenttä 3.8 T (max 4.0 T) operointilämpötila: 5 K (220 t kylmämassa) magneettikenttään varastoitunut energia: 2.3 GJ (riittää sulattamaan17 t kultaa) kaareuttaa varattujen hiukkasten lentoratoja Magneettivuon hajautuminen ympäristöön estetään rautalevyillä Al alloy Sc cable Insert Pure Al Al alloy EB welds Mallikappale käämityksestä Asennettu magneetti Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 36 / 54

37 Myoni-ilmaisimet Kolme eri ilmaisinteknologiaa perustuu myonin aiheuttamaan ionisaatioon n. miljoona mittauskanavaa n m 2 mittauspinta-alaa Mahdollistaa myoneiden tunnistamisen sekä niitä sisältävien törmäysten nopean valinnan Mittauspisteitä kosmisesta myonista Asennettuja ilmaisimia Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 37 / 54

38 Hiukkasten tunnistaminen Törmäystapahtuman selvittäminen on kuin palapeli Yhdistetään erilaisten neutriinot ilmaisintyyppien informaatio: Jälki-ilmaisin (varattujen hiukkasten jäljet) Kalorimetri (energia) Tiettyjä hiukkasia mittaavat ilmaisimet Asetetaan ilmaisimet magneettikentän sisään neutraalit hadronit varatut hadronit fotonit elektronit/ positronit myonit Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 38 / 54

39 Hiukkasten tunnistaminen Hiukkaset vuorovaikuttavat aineen kanssa eri tavoin Varatut hiukkaset ionisoivat, joten niiden radat havaitaan Elektroni ja fotoni tuottavat sähkömagneettisen ryöpyn Hadronit tuottavat pitkän hadronisen ryöpyn Raskaat muonit tunkeutuvat aineen läpi tehokkaasti Neutronit havaitaan epäsuorasti liike-määrän säilymisen kautta: tiiviys! Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 39 / 54

40 Liipaisu ja tiedonkeruu 40 MHz Törmäystapahtumia 100 khz 1-tason liipaisu 1 Tb/s Törmäyksen rekonstruointi 500 Gb/s kytkin Eri ilmaisinten tiedon yhdistäminen Tietokonefarmi Päätös onko tapahtuma mielenkiintoinen Analogia valokuvaamiseen: otetaan 40 milj. kertaa sekunnissa jokaisen kuvan koko n. 1 MB kuva otetaan n. 500 eri osassa kuvan osat yhdistetään nopealla kytkimellä yhdistetyt osat analysoidaan prosessorilla (n prosessoria) valitaan n. 250 mielenkiintoista kuvaa sekunnissa ja tallennetaan ne maailmanlaajaan valokuva-arkistoon (n GB / vuosi) ~250 Hz (=250 MB/s) Valittujen törmäystapahtumien tallennus Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 40 / 54

41 Törmäys (video) CERN-MOVIE avi 0:30 Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 41 / 54

42 MasterClass 14 Osa 5: data-analyysi * Signaali ja tausta * Menetelmät: lukumäärät, massapiikit * Tilastotiede ja virhearviot Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 42 / 54

43 Tavoite: löytää Higgsin bosoni Signaali ja tausta Higgsin bosoni hajoaa toisinaan W-bosoniin, H->W + W - Tämä on etsimämme signaali W + W - pareja syntyy protoni-protonitörmäyksissä myös ilman Higgsin bosonia Tämä on taustaa etsinnöillemme Kuinka erottaa nämä toisistaan? Lukumäärät Massapiikit Kinemaattiset leikkaukset Tilastotiede! Events / 10 GeV CMS 4.9 fb (7 TeV) fb (8 TeV) data top H WW DY+jets W+jets WW WZ+ZZ+VVV -1 m H -1 = 125 GeV eµ 0-jet [GeV] Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 43 / 54 m ll

44 Lukumäärät Teoria ennustaa, kuinka usein Higgsin bosoneita syntyy: 4200 Teoria ennustaa, kuinka usein Higgsin bosoni hajoaa W + W - : 10% Teoria ennustaa, kuinka usein W + W - syntyy ilman Higgsin bosonia: 5000 Kokeessa havaitsemme 5306 W + W - paria. Löytyikö Higgs? Tilastotiede kertoo, kuinka todennäköistä on P(N > z σ)= (1 - erf(z/ 2)) / 2 a) Saada vähintään 5306 W + W - paria ilman Higgsiä: P(NB>5306; μ=5000, σ=71) = 4.3σ On siis noin 1: todennäköisyys, että vähintään noin monta W + W - paria syntyi sattumalta taustasta b) Saada korkeintaan 5306 W + W - paria Higgsin kanssa: P(NS+B<5306; μ=5420, σ=74) = 1.5σ On siis noin 1:15 todennäköisyys, että W + W - lukumäärä jäi näin pieneksi, vaikka Higgs onkin olemassa c) Mikäli molemmat otaksumat alunperin yhtä todennäköisiä, Higgs löytyi 1:8000 todennäköisyydellä Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 44 / 54

45 Massapiikit Signaalin ja taustan erottamista helpottaa, jos signaali on kapeassa massapiikissä Hiukkasten yhteenlaskettu energia massakeskipistekoordinaatistossa MKP on hajonneen hiukkasen lepokoordinaatisto, jolloin E = mc 2 käytännössä massa lasketaan suoraan neliliikemäärien summasta Kvanttimekaniikassa massa ei ole tarkka, vaan se vaihtelee sitä enemmän, mitä lyhytikäisempi hitu Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 45 / 54

46 Kaksi fotonia (γγ) "Fotoniparin massa" Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 46 / 54

47 Neljä leptonia (ZZ) "Leptonikvartetin massa" Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 47 / 54

48 Massaa lainaamassa a) Kuinka Higgsin bosoni voi hajota kahteen W tai Z bosoniin, vaikka sen massa on alle puolet näiden massoista? mh = 125 GeV, mz = 91.2 GeV, mw = 80.4 GeV Vastaus: kvanttimekaniikassa lyhytikäisten Z ja W bosonien massa ei ole tarkkaan määrätty, vaan niillä on pieni todennäköisyys olla myös paljon normaalia keveämpiä ennen hajoamistaan edelleen b) Kuinka keveämpi Z voi säteillä raskaamman Higgsin bosonin? Vastaus: kuten yllä, Z bosonilla on pieni todennäköisyys olla hetken normaalia raskaampi ennen Higgsin bosonin säteilyä. Tällaista väliaikaisesti lihonutta hiukkasta kutsutaan virtuaaliseksi Yleisesti, kvanttimekaniikassa saa rikkoa energian ja liikemäärän säilymistä, kunhan se tapahtuu hyvin lyhyen aikaa. Tämä on yksi ilmentymä Heisenbergin epätarkkuusperiaatteesta (ΔE x Δt < h) Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 48 / 54

49 Jakaumia Tapahtumien (eventtien) lukumäärät ovat yleensä Poisson-jakautuneita keskihajonta N tapahtumalle on tällöin N lähestyy suurilla N normaalijakaumaa, jossa μ=n ja σ= N Systemaattiset virheet ovat yleensä normaalijakautuneita (Gaussin jakauma) Ilmoitetaan tyypillisesti 1σ (68% luottamusväli) tai 2σ (95% luottamusväli) tasolla Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 49 / 54

50 Virhearvioista Virheitä arvioitaessa ne jaetaan tyypillisesti kahteen kategoriaan: Tilastolliset virheet satunnaisvaihteluista esim. tapahtumien lukumäärissä suhteellinen virhe skaalautuu 1/ N tai σ/ N, joten toistot auttavat Systemaattiset virheet esim. teorian ennustamissa hajoamissuhteissa suhteellinen virhe pysyy vakio-% ilman parannuksia menetelmissä Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 50 / 54

51 MasterClass 14 Osa 5: tutkimuksen organisointi * Kansainvälinen yhteistyö Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 51 / 54

52 Globaali yhteistyö CERNin tutkimuksessa mukana olevat maat kattavat lähes koko kehittyneen maailman Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 52 / 54

53 Datankäsittely Myös CERNin data käsittely on jaettu maailmanlaajuisesti Kaikesta datasta yksi kopio CERNissä (Tier-0) Varmuuskopio jossain päin maailmaa (Tier-1) Analyysikopioita (Tier-2, Tier-3) jaettuna useille tietokonekeskuksille Datan voi analysoida lähettämällä työn tietokonekeskukselle, jolla on kopio Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 53 / 54

54 Globaali datankäsittely Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 54 / 54

55 Varakalvot Varakalvot Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 55 / 54

56 LHC:n koeasemat B-fysiikkaa protoni-protoni -törmäyksillä CMS +TOTEM LHC-törmäytin Yleisilmaisin protoni-protoni ja lyijy-lyijy -törmäyksille LHCb +MoEDAL SPS-törmäytin Raskasionifysiikkaa PS-törmäytin ALICE ATLAS +LHCf Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 56 / 54

57 Pääkokeet A Large Ion Collider Experiment Tutkii kvarkki-gluoniplasmaa lyijylyijy-ydintörmäyksillä LIISA IHMEMAASSA A Toroidal Lhc ApparatuS Yleiskäyttöinen ilmaisin: Higgsin bosoni, supersymmetria jne. KOOKKAIN Compact Muon Solenoid Yleiskäyttöinen ilmaisin. Loistava fotonikalorimetri, suuri magneetti, myonikammiot RASKAIN LHC Beauty Experiment Tutkii b-kvarkkien (beauty, bottom) fysiikkaa, aine-antiaine-symmetriaa (CP-symmetriarikko) PIENIN Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 57 / 54

58 Pienet kohteet - isot laitteet CERN, Building 40 CMS ATLAS Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 58 / 54

59 Esimerkki: top-kvarkkipari g g t W + b e + ν e g t b q W - q Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 59 / 54

60 Nobel 2013: Higgs (+Englert) Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 60 / 54

61 Raskasionitörmäyksiä LHC:llä törmäytetään myös lyijy-ytimiä energialla 2.76 TeV per nukleoni Tavoitteena tutkia aineen olomuotoa, jossa kvarkit ja gluonit ovat vapaita: aikaa heti alkuräjähdyksen jälkeen imulaatio kvarkki-gluoni-plasmasta Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 61 / 54

62 LHC:ltä on lupa odottaa lisää mielenkiintoisia tuloksia Mm. pimeän aineen etsinnät jatkuvat Vakuumin metastabiilisuus yllätävä tulos Kohti tulevaa Hiukkasfysiikan kokeet CERNissä 62 / 54

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Tervetuloa. Espoon yhteislyseo, Ivalon ja Kuninkaantien lukiot

Tervetuloa. Espoon yhteislyseo, Ivalon ja Kuninkaantien lukiot Tervetuloa Espoon yhteislyseo, Ivalon ja Kuninkaantien lukiot 18.1.2017 Yleisesittely: Mikä CERN on ja mitä täällä tehdään? Timo Hakulinen BE/ICS Lyhyt Intro: mistä on kysymys Paikka, jossa paiskataan

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

Hiukkasfysiikan avointa dataa opetuskäytössä

Hiukkasfysiikan avointa dataa opetuskäytössä Hiukkasfysiikan avointa dataa opetuskäytössä TkT Tapio Lampén (tapio.lampen@cern.ch) Fysiikan tutkimuslaitos HIP (sisältää materiaalia Sanni Suoniemen pro gradu -tutkimuksesta) Sisältö: CERNin ja CMS-kokeen

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

Hiukkasfysiikkaa teoreetikon näkökulmasta

Hiukkasfysiikkaa teoreetikon näkökulmasta Hiukkasfysiikkaa teoreetikon näkökulmasta @ CERN Risto Paatelainen CERN Theory Department KUINKA PÄÄDYIN CERN:IIN Opinnot: 2006-2011 FM, Teoreettinen hiukkasfysiikka, Jyväskylän yliopisto 2011-2014 PhD,

Lisätiedot

Kesätöihin CERNiin? Santeri Laurila & Laura Martikainen Fysiikan tutkimuslaitos (HIP) Santeri Laurila & Laura Martikainen / HIP

Kesätöihin CERNiin? Santeri Laurila & Laura Martikainen Fysiikan tutkimuslaitos (HIP) Santeri Laurila & Laura Martikainen / HIP Kesätöihin CERNiin? Santeri Laurila & Laura Martikainen Fysiikan tutkimuslaitos (HIP) 1 CERN LHC CMS HIP! LHC on maailman suurin hiukkaskiihdytin CERNissä Sveitsin ja Ranskan rajalla! Suomen CERN-yhteistyötä

Lisätiedot

Magneettikentät. Haarto & Karhunen. www.turkuamk.fi

Magneettikentät. Haarto & Karhunen. www.turkuamk.fi Magneettikentät Haarto & Karhunen Magneettikenttä Sähkövaraus aiheuttaa ympärilleen sähkökentän Liikkuva sähkövaraus saa aikaan ympärilleen myös magneettikentän Magneettikenttä aiheuttaa voiman liikkuvaan

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

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

Maailmankaikkeuden synty ja aineen perusrakenne

Maailmankaikkeuden synty ja aineen perusrakenne Maailmankaikkeuden synty ja aineen perusrakenne Johdatus maailmankaikkeuden syntyteoriaan, aineen rakenteen tutkimisen historiaan ja standardimalliin Johdatus tutkimuksiin Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksessa

Lisätiedot

Kuva 2. LHC-dipolimagneetin poikkileikkaus, jossa näkyy suprajohtavan magneettikelan paikka suihkuputkien ympärillä.

Kuva 2. LHC-dipolimagneetin poikkileikkaus, jossa näkyy suprajohtavan magneettikelan paikka suihkuputkien ympärillä. CERNin LHC-projekti CERN:issä vuoden 2009 lopussa käynnistetty LHC (Large Hadron Collider, kts. http://lhc.web.cern.ch/lhc/) on maailman suurin hiukkaskiihdytinlaitteisto. Se on kahden suprajohteisia magneetteja

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

Neutriinokuljetus koherentissa kvasihiukkasapproksimaatiossa

Neutriinokuljetus koherentissa kvasihiukkasapproksimaatiossa Neutriinokuljetus koherentissa kvasihiukkasapproksimaatiossa Graduseminaari Joonas Ilmavirta Jyväskylän yliopisto 15.6.2012 Joonas Ilmavirta (JYU) Neutriinot ja cqpa 15.6.2012 1 / 14 Osa 1: Neutriinot

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

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

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

Tervetuloa Pohjois-Tapiolan, Tapiolan ja Viherlaakson lukiot

Tervetuloa Pohjois-Tapiolan, Tapiolan ja Viherlaakson lukiot Tervetuloa Pohjois-Tapiolan, Tapiolan ja Viherlaakson lukiot 12.10.2016 Yleisesittely: Mikä CERN on ja mitä täällä tehdään? Timo Hakulinen BE/ICS Lyhyt Intro: mistä on kysymys Paikka, jossa paiskataan

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

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

Laboratoriot ja kokeet

Laboratoriot ja kokeet Laboratoriot ja kokeet Osa 2. Paula Eerola Fysiikan laitos ja Fysiikan tutkimuslaitos 24.5.2010 Aiheet CERN LHC ja LHC-kokeet Fermilab Tulevaisuuden suunnitelmat P. Eerola, AFO 26.5.2010 2 The Tevatron

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

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

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

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

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

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

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

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

(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

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

766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka

766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka 1 766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka Luentomonistetta täydentävää materiaalia: 4 Juhani Lounila Oulun yliopisto, Fysiikan laitos, 01 6 Radioaktiivisuus Kuva 1 esittää radioaktiivisen aineen ydinten lukumäärää

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

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

erilaisten mittausmenetelmien avulla

erilaisten mittausmenetelmien avulla Säteilynkestävien pii-ilmaisimien ilmaisimien karakterisointi erilaisten mittausmenetelmien avulla Motivaatio sekä taustaa Miksi Czochralski-pii on kiinnostava materiaali? Piinauhailmaisimen toimintaperiaate

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

AVOIN HIUKKASFYSIIKAN TUTKIMUSDATA OPETUSKÄYTÖSSÄ

AVOIN HIUKKASFYSIIKAN TUTKIMUSDATA OPETUSKÄYTÖSSÄ Pro gradu -tutkielma Fysiikan opettaja AVOIN HIUKKASFYSIIKAN TUTKIMUSDATA OPETUSKÄYTÖSSÄ Sanni Suoniemi 2014 Ohjaaja: Heimo Saarikko Tarkastajat: Heimo Saarikko ja Ismo Koponen HELSINGIN YLIOPISTO FYSIIKAN

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

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

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

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

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

Osallistumislomakkeen viimeinen palautuspäivä on maanantai

Osallistumislomakkeen viimeinen palautuspäivä on maanantai Jakso : Materiaalihiukkasten aaltoluonne. Teoriaa näihin tehtäviin löytyy Beiserin kirjasta kappaleesta 3 ja hyvin myös peruskurssitasoisista kirjoista. Seuraavat videot demonstroivat vaihe- ja ryhmänopeutta:

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

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

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

766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka

766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka 1 76633A Ydin- ja hiukkasfysiikka Luentomonistetta täydentävää materiaalia: 3 5-3 Kuorimalli Juhani Lounila Oulun yliopisto, Fysiikan laitos, 011 Kuva 7-13 esittää, miten parillis-parillisten ydinten ensimmäisen

Lisätiedot

8. Hiukkasfysiikka ja kosmologia

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

Lisätiedot

Flrysikko Higgs iuhli. löytymistä 4. z.totz

Flrysikko Higgs iuhli. löytymistä 4. z.totz H elsin 6tN S.rrwonÄ1..7.A0,S Vahva todiste himoitusta Higgsistä Higgsin hiukkasta on kaivattu tukemaan fysiikan perusteoriaa. Mutta vielä pitäisi varrnistaa pari asiaa. Nyt on löytynyt sen näköinen hiukkanen'

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

Monissa fysiikan probleemissa vaikuttavien voimien yksityiskohtia ei tunneta

Monissa fysiikan probleemissa vaikuttavien voimien yksityiskohtia ei tunneta 8 LIIKEMÄÄRÄ, IMPULSSI JA TÖRMÄYKSET Monissa fysiikan probleemissa vaikuttavien voimien yksityiskohtia ei tunneta Tällöin dynamiikan peruslain F = ma käyttäminen ei ole helppoa tai edes mahdollista Newtonin

Lisätiedot

763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 4 Kevät 2017

763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 4 Kevät 2017 763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 4 Keät 207. Rekyyli Luentomonisteessa on käsitelty tilanne, jossa hiukkanen (massa M) hajoaa kahdeksi hiukkaseksi (massat m ja m 2 ). Tässä käytetään

Lisätiedot

Fysiikan maanalaisen tutkimuksen nykytila Suomessa

Fysiikan maanalaisen tutkimuksen nykytila Suomessa Fysiikan maanalaisen tutkimuksen nykytila Suomessa 1. kosmisten säteiden koe EMMA 2. LAGUNA-infrastruktuuritutkimus Timo Enqvist Oulun yliopisto Oulun Eteläisen instituutti IX Kerttu Saalasti -seminaari,

Lisätiedot

Ydinfysiikkaa. Tapio Hansson

Ydinfysiikkaa. Tapio Hansson 3.36pt Ydinfysiikkaa Tapio Hansson Ydin Ydin on atomin mittakaavassa äärimmäisen pieni. Sen koko on muutaman femtometrin luokkaa (10 15 m), kun taas koko atomin halkaisija on ångströmin luokkaa (10 10

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

Sähköstatiikka ja magnetismi Coulombin laki ja sähkökenttä

Sähköstatiikka ja magnetismi Coulombin laki ja sähkökenttä Sähköstatiikka ja magnetismi Coulombin laki ja sähkökenttä Antti Haarto.5.13 Sähkövaraus Aine koostuu Varauksettomista neutroneista Positiivisista protoneista Negatiivisista elektroneista Elektronien siirtyessä

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

Magneettikenttä. Liikkuva sähkövaraus saa aikaan ympärilleen sähkökentän lisäksi myös magneettikentän

Magneettikenttä. Liikkuva sähkövaraus saa aikaan ympärilleen sähkökentän lisäksi myös magneettikentän 3. MAGNEETTIKENTTÄ Magneettikenttä Liikkuva sähkövaraus saa aikaan ympärilleen sähkökentän lisäksi myös magneettikentän Havaittuja magneettisia perusilmiöitä: Riippumatta magneetin muodosta, sillä on aina

Lisätiedot

n=5 n=4 M-sarja n=3 L-sarja n=2 Lisäys: K-sarjan hienorakenne K-sarja n=1

n=5 n=4 M-sarja n=3 L-sarja n=2 Lisäys: K-sarjan hienorakenne K-sarja n=1 10.1 RÖNTGENSPEKTRI Kun kiihdytetyt elektronit törmäävät anodiin, syntyy jatkuvaa säteilyä sekä anodimateriaalille ominaista säteilyä (spektrin terävät piikit). Atomin uloimpien elektronien poistamiseen

Lisätiedot

fissio (fuusio) Q turbiinin mekaaninen energia generaattori sähkö

fissio (fuusio) Q turbiinin mekaaninen energia generaattori sähkö YDINVOIMA YDINVOIMALAITOS = suurikokoinen vedenkeitin, lämpövoimakone, joka synnyttämällä vesihöyryllä pyöritetään turbiinia ja turbiinin pyörimisenergia muutetaan generaattorissa sähköksi (sähkömagneettinen

Lisätiedot

Synkrotronisäteily ja elektronispektroskopia. Tutkimus Oulun yliopistossa

Synkrotronisäteily ja elektronispektroskopia. Tutkimus Oulun yliopistossa Synkrotronisäteily ja elektronispektroskopia Tutkimus Oulun yliopistossa Ryhmätyö Keskustelkaa n. 4 hengen ryhmissä, mitä on synkrotronisäteily ja miten sitä tuotetaan. Kirjoittakaa ylös ajatuksianne.

Lisätiedot

a) Piirrä hahmotelma varjostimelle muodostuvan diffraktiokuvion maksimeista 1, 2 ja 3.

a) Piirrä hahmotelma varjostimelle muodostuvan diffraktiokuvion maksimeista 1, 2 ja 3. Ohjeita: Tee jokainen tehtävä siististi omalle sivulleen/sivuilleen. Merkitse jos tehtävä jatkuu seuraavalle konseptille. Kirjoita ratkaisuihin näkyviin tarvittavat välivaiheet ja perustele lyhyesti käyttämästi

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

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

763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 3 Kevät E 1 + c 2 m 2 = E (1) p 1 = P (2) E 2 1

763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 3 Kevät E 1 + c 2 m 2 = E (1) p 1 = P (2) E 2 1 763306A JOHDATUS SUHTLLISUUSTORIAAN Ratkaisut 3 Kevät 07. Fuusioreaktio. Lähdetään suoraan annetuista yhtälöistä nergia on suoraan yhtälön ) mukaan + m ) p P ) m + p 3) M + P 4) + m 5) Ratkaistaan seuraavaksi

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

Fysiikka 1. Coulombin laki ja sähkökenttä. Antti Haarto

Fysiikka 1. Coulombin laki ja sähkökenttä. Antti Haarto ysiikka 1 Coulombin laki ja sähkökenttä Antti Haarto 7.1.1 Sähkövaraus Aine koostuu Varauksettomista neutroneista Positiivisista protoneista Negatiivisista elektroneista Elektronien siirtyessä voi syntyä

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

763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 2 Kevät 2017

763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 2 Kevät 2017 763306A JOHDATUS SUHTEELLISUUSTEORIAAN 2 Ratkaisut 2 Kevät 207. Nelinopeus ympyräliikkeessä On siis annettu kappaleen paikkaa kuvaava nelivektori X x µ : Nelinopeus U u µ on määritelty kaavalla x µ (ct,

Lisätiedot