Hiukkasfysiikka I; Johdatus hiukkasfysiikkaan



Samankaltaiset tiedostot
Mitä energia on? Risto Orava Helsingin yliopisto Fysiikan tutkimuslaitos CERN

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

Teoreetikon kuva. maailmankaikkeudesta

Paula Eerola

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

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

perushiukkasista Perushiukkasia ovat nykykäsityksen mukaan kvarkit ja leptonit alkeishiukkasiksi

Hiukkasfysiikan luento Pentti Korpi. Lapuan matemaattisluonnontieteellinen seura

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

Fysiikan Nobel 2008: Uusia tosiasioita aineen perimmäisistä rakenneosasista

Teoreettinen hiukkasfysiikka ja kosmologia Oulun yliopistossa. Kari Rummukainen

Hiukkasfysiikkaa teoreetikon näkökulmasta

Arttu Haapiainen ja Timo Kamppinen. Standardimalli & Supersymmetria

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

Hiukkasfysiikka, kosmologia, ja kaikki se?

Hiukkasten lumo: uuden fysiikan alku. Oili Kemppainen

Havainto uudesta 125 GeV painavasta hiukkasesta

Alkeishiukkaset. Standarimalliin pohjautuen:

Aine ja maailmankaikkeus. Kari Enqvist Helsingin yliopisto ja Fysiikan tutkimuslaitos

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

Fysiikkaa runoilijoille Osa 5: kvanttikenttäteoria

Vuorovaikutuksien mittamallit

Opetusesimerkki hiukkasfysiikan avoimella datalla: CMS Masterclass 2014

Uusimmat tulokset ATLAS-kokeen Higgs hiukkasen etsinnästä

Laboratoriot ja kokeet

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

Mahtuuko kaikkeus liitutaululle?

Kvarkkiaineen tutkimus CERN:n ALICE-kokeessa

Hyvä käyttäjä! Ystävällisin terveisin. Toimitus

Perusvuorovaikutukset. Tapio Hansson

Perusvuorovaikutukset. Tapio Hansson

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

Maailmankaikkeuden synty ja aineen perusrakenne

Tervetuloa. Espoon yhteislyseo, Ivalon ja Kuninkaantien lukiot

Kurssin koodi ja nimi Ryhmä Päivä Aika Sali Luennoitsija Viikot Lisätietoja

Robert Brout. Higgsin bosoni. S. Lehti Fysiikan tutkimuslaitos Helsinki. Francois Englert. Peter Higgs

Alkeishiukkaset. perushiukkaset. hadronit eli kvarkeista muodostuneet sidotut tilat

QCD vahvojen vuorovaikutusten monimutkainen teoria

PHYS timetable without service teaching courses Kurssin koodi ja nimi Ryhmä Päivä Aika Sali Luennoitsija Viikot Lisätietoja

CERN-matka

Tervetuloa Pohjois-Tapiolan, Tapiolan ja Viherlaakson lukiot

Higgsin fysiikkaa. Katri Huitu Fysiikan laitos, AFO Fysiikan tutkimuslaitos

Laboratorio-opetus fysiikan yliopisto-opinnoissa

Trigger efficiency measurement in the charged Higgs boson H + τ h ν analysis

FYSIIKAN TUTKIMUSLAITOKSEN JOHTOKUNNAN KOKOUS

(Hiukkas)fysiikan standardimalli

LHC -riskianalyysi. Emmi Ruokokoski

Hiukkasfysiikkaa. Tapio Hansson

Aineen olemuksesta. Jukka Maalampi Fysiikan laitos Jyväskylän yliopisto

FYS-1270 Laaja fysiikka IV: Aineen rakenne

Efficiency change over time

Hiukkaskiihdyttimet. Tapio Hansson

Neutriinofysiikka. Tvärminne Jukka Maalampi Fysiikan laitos, Jyväskylän yliopisto

Hiukkaskiihdyttimet ja -ilmaisimet

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

Fysiikan maailmankuva 2015

Hiukkasfysiikkaa ja kosmologiaa teoreetikon näkökulmasta

Tämän päivän ohjelma: ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto TERVETULOA!

Ydin- ja hiukkasfysiikka 2014: Harjoitus 5 Ratkaisut 1

FYSIIKAN TUTKIMUSLAITOKSEN JOHTOKUNNAN KOKOUS 2/14 PÖYTÄKIRJA. dekaani Jouko Väänänen johtaja Juha Äystö hallintopäällikkö Mikko Sainio

Fysiikan nykytila ja saavutukset

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 KERTAUSTA

FYSIIKAN TUTKIMUSLAITOKSEN JOHTOKUNNAN KOKOUS 2/10 PÖYTÄKIRJA. vararehtori Johanna Björkroth johtaja Dan-Olof Riska hallintopäällikkö Mikko Sainio

Maailmankaikkeuden syntynäkemys (nykykäsitys 2016)

Lataa Maailmanlopun hiukkanen - Sean Carroll. Lataa

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

FYSIIKAN/FOTONIIKAN OPETUSOHJELMA Joensuun kampus

Teoreettisen fysiikan tulevaisuuden näkymiä

Fysiikkaa runoilijoille Osa 7: kohti kaiken teoriaa

CLIC-TUTKIMUSPROJEKTI

LYTH-CONS CONSISTENCY TRANSMITTER

Information on preparing Presentation

Kurssin koodi ja nimi Ryhmä Päivä Aika Sali

Interaction effects in graphene

Perusvuorovaikutukset

Kertausta 1.kurssista. KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 Atomin rakenne ja jaksollinen järjestelmä. Hiilen isotoopit

Viral DNA as a model for coil to globule transition

It requires a much higher degree of imagination to understand the electromagnetic field than to understand invisible angels. R. P.

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

Hiukkasfysiikan avointa dataa opetuskäytössä

PHYS lukujärjestys , ei palveluopetus , päivitys Kurssin koodi ja nimi Ryhmä Päivä Aika Sali Luennoitsija Viikot

FYSIIKAN TUTKIMUSLAITOKSEN JOHTOKUNNAN KOKOUS 3/15 PÖYTÄKIRJA

FYSIIKAN/FOTONIIKAN OPETUSOHJELMA Joensuun kampus

Kvarkeista kvanttipainovoimaan ja takaisin

Lukioiden kansainvälistä tiedeopiskelua

The CCR Model and Production Correspondence

Suojeleva Aurinko: Aurinko ja kosmiset säteet IHY

MasterClass 14. Hiukkasfysiikan kokeet

Fysiikan historia kevät 2011 Luento 13

Alternative DEA Models

8. Hiukkasfysiikka ja kosmologia

FYSIIKAN TUTKIMUSLAITOKSEN JOHTOKUNNAN KOKOUS 3/08 PÖYTÄKIRJA. vararehtori Johanna Björkroth johtaja Dan-Olof Riska hallintopäällikkö Mikko Sainio

Constructive Alignment in Specialisation Studies in Industrial Pharmacy in Finland

Aatofunktiot ja epätarkkuus

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

Kosmologia: Miten maailmankaikkeudesta tuli tällainen? Tapio Hansson

Oulun yliopisto. Luonnontieteellinen koulutusala. Fysiikan tutkinto-ohjelma. Fysiikka, filosofian maisteri, 120 op. 1 of

Osassa 1 käsiteltiin siirtymää klassisesta fysiikasta moderniin fysiikkaan, fysiikan suhdetta muihin tieteenaloihin ja roolia tieteellisessä

Triggeri. Tuula Mäki

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

Transkriptio:

Hiukkasfysiikka I; Johdatus hiukkasfysiikkaan Mitä tiedämme aineen perusrakenteesta? Mitä emme tiedä? Miten ainetta ja perusvoimia tutkitaan? Miten kuvata perusfysiikkaa? Luennot I XXV (4t/vko) + Laskuharjoitukset (2t/vko) +Vähintään saman verran (4+2t/vko) omaehtoista työtä! Luennot täydentävät oppikirjamateriaalia; suositus: Halzen&Martin: Quarks & Leptons, Wiley Introduction to High Energy Physics Lecture I Orientaatio 1 R. Orava Spring 2005 1

Lectures: What Particle Physics is? Orientation [I/58p] Concepts and History [II/54p] Symmetries Parity, C, CP, CPT, Isospin, G parity, SU(3) flavour and SU(3) colour [III/84p] Relativistic Kinematics [IV/10p] Hadrons, Quarks,Antimatter and Neutrinos [V/73p] The Standard Model Introduction [VI/47p] The Standard Model Electromagnetic, Strong and Weak Interactions [VII/18p, VIII/30p,IX/34p] Experimental Tools: Experimental Techniques [X/113p] An example: W/Z Discovery [XI/23p] Experimental Tools: Accelerators [XII 1. 3./18p,63p,35p] Feynman Calculus [XIII/30p] The Dirac Equation [XIV/27p] Introduction to High Energy Physics Lecture I Contents 1 R. Orava Spring 2005 2

Contents... Quantum Electrodynamics [XV/12p] Deeply Inelastic Scattering [XVI/18p] Quantum Chromodynamics [XVII/11p] Charged Current Interactions [XVIII/23p] Decay of the π meson [XIX/8p] Flavour Oscillations [XX/37p] Neutral Current Interactions [XXI/25p] Lagrangians, Feynman Rules, Gauge Invariance and QED [XXII/12p] QCD and Spontaneous Symmetry Breaking [XXIII/10p] Higgs Mechanism [XXIV/16p] CP Violation in the Standard Model [XXV/42p] + special lectures on photons, QED results from LEP, neutrinos, + the exercises are an integral part of the course and define the type of questions asked in the two tests: an intermediate one covers Lectures I XII, the final one covers I to 3 XXV. Introduction to High Energy Physics Lecture I Contents 2 R. Orava Spring 2005

Hitufysiikan jatko opetus kevät 2005 53230 Hitu I; Johdatus hiukkasfysiikkaan (Introduction to particle physics) (6 ov). 4 vkt + harj., prof. Orava, to 12 14 sali E206, to 14 16 sali D106, pe 10 12 HIPin sem.huone A315. Luennot alkavat to 20.1.2005. 53797 Supersymmetria/Supersymmetry (4 ov) 2 vkt + harj. yliopistonleht. Huitu, to 12 14 sali A315 HIP. Luennot alkavat to 20.1.2005. 530005 Johdatus polkuintegraalimenetelmään/path Integrals (4 ov). 4 vkt + harj., prof. Chaichian, ti, ke16 18 (25.1. 16.3.) sali D106, to 16 18 (10. 17.3.) sali D106 530057 Introduction to Quantum Field Theory (4 ov) 4+2 vkt, FT Tureanu, ti 12 14 HIP A315 ja ke 14 16 sali E206. Luennot alkavat ti 1.2.2005. 530089 Tilastolliset menetelmät II (3 ov). 2 vkt + harj, yliopistonleht. Österberg, ti 14 16, to 9 10, sali D116. Luennot alkavat ti 25.1.2005. 53242 Hiukkasfysiikan laudatur seminaari (3 ov) 21.1. 7.4.2005, prof. Chaichian, ke 9 11. 530031 Phenomenology seminar (3 ov) 2 vkt, prof. Hoyer, ke 15 17 sali A315 HIP. Seminaari alkaa ke 26.1.2005. Introduction to High Energy Physics Lecture I Courses in Spring 05 R. Orava Spring 2005 4

CERNin kesäopiskelijaohjelma! voit vielä ehtiä... http://www.hip.fi/education/ harjoittelu/index.html 5

Taustamateriaalia: Quarks & Leptons Halzen and Martin (Wiley) erinomainen referenssi kokeilijalle ja teoreetikolle GET IT NOW! Particle Physics (2.painos) Martin and Shaw (Wiley) kurssi kattaa ao. kirjan materiaalin erinomainen referenssi, sopivalla tasolla Introduction to High Energy Physics (3.painos) D.H.Perkins (Addison Wesley) erinomainen kirja, ei aivan ajan tasalla The Fundamental Particles and their Interactions W.Rollnick (Addison Wesley) hyvää taustamateriaalia World Wide Web rajaton taustamateriaalin lähde! CERN: public.web.cern.ch/public Fermilab: www.fnal.gov/pub/hep_descript.html Stanford Virtual Visitor Center:www2.slac.stanford.edu/vvc/home.html Introduction to High Energy Physics Lecture I Taustamateriaalia 1 R. Orava Spring 2005 6

Vaihtoehtoisia teoksia: Text Book: The ideas of Particle Physics, C.D. Coughlan and J.E. Dodd, 2 nd Edition, Cambridge. Fourth year Text Particle Physics, B.R. Martin and G. Shaw, Paperback 384 pages 2nd Ed edition (August 1997), John Wiley and Sons; ISBN: 0471972851 The Particle Garden G. Kane Paperback (July 1996), Addison Wesley Publishing Company; ISBN: 0201408260. Introduction to High Energy Physics Lecture I Taustametriaalia 2 R. Orava Spring 2005 7

Mitä tiedämme aineesta ja perusvoimista? Ainehiukkaset: kvarkit ja leptonit. Voimahiukkaset: gluoni, fotoni, W/Zvälibosonit, gravitoni. Aine ja voimahiukkaset säteilevät jatkuvasti. Vuorovaikutuksia (g, γ, W/Z) kuvaa 'Standardimalli'. Standardimalli ei riitä. Introduction to High Energy Physics Lecture I Orientaatio 2 R. Orava Spring 2005 8

Hiukkasfysiikan työkalut Kvanttimekaniikka relativistinen kvanttimekaniikka ja kvanttikenttäteoria (E >> m o c 2 ) Erikoinen suhteellisuusteoria relativistinen kinematiikka Matemaattiset apuneuvot (neli)vektorilaskenta, spinorialgebra ryhmäteoria integraaliyhtälöt, polkuintegraalit,... Introduction to High Energy Physics Lecture I Orientaatio 3 R. Orava Spring 2005 9

I Johdatus hiukkasfysiikkaan Mitä aine on? Aineen perushiukkaset Aineen koossapysyminen Aineen ja energian yhteys Maailmankaikkeus Hiukkasfysiikan teoriat? kreikkalaisten atomit? voimat ja niiden välittyminen? voiko tyhjöstä nyhjäistä? synty ja evoluutio...? yhteinen kehysrakenne? Mitä tyhjä on? Introduction to High Energy Physics Lecture I Mitä aine on R. Orava Spring 2005 10

Nykytilanne: Ainehiukkaset: kvarkit ja leptonit Vuorovaikutukset: fotoni sähkövoima gluoni ydinvoima W ja Z bosonit aurinkoenergia gravitoni planeettojen kiertoradat Teoriat: standardimalli, gravitaatioteoria, supersymmetria, lisäulottuvuudet,..? Introduction to High Energy Physics Lecture I Nykytilanne R. Orava Spring 2005 11

Voimat Voima: Hitujen vuorovaikutus Sähkömagneettinen voima: Valokvantti Heikko voima: W, Z bosonit Vahva voima: Gluoni Neutriinot vuorovaikuttavat pelkästään heikon voiman välityksellä... Heikko voima: Alkuaineiden hajoamiset, beta hajoaminen... Maailmankaikkeudessa on miljardi kertaa enemmän neutriinoja kuin atomeja. Introduction to High Energy Physics Lecture I Voimat 1 R. Orava Spring 2005 12

Voimat Perusvoimien suhteellinen voimakkuus Voimien ykseys? Voima (GeV/fm) Suhteellinen voimakkuus Etäisyys (fm) Energia (GeV) convergence to a single value only in supersymmetry based grad unified theories 13 Introduction to High Energy Physics Lecture I Voimat 2 R. Orava Spring 2005

Alkeishiukkasista atomeihin... vuosi << nano! < kvarkit protonit, neutronit atomiydin metriä atomi Introduction to High Energy Physics Lecture I Mittakaava R. Orava Spring 2005 14

u c c t u quark γ d s b b d quark g e electron µ τ W/Z ν e electron neutrino ν µ ν τ I II III Higgs? Introduction to High Energy Physics Lecture I Perusperheet R. Orava Spring 2005 15

Mitä neutriinot ovat? Introduction to High Energy Physics Lecture I Neutriinot 1 R. Orava Spring 2005 16

Maailma on neutriinoja pullollaan. * Neutriinoja maailmankaikkeuden synnystä: Jokaisessa cm 3 :ssä 330 neutriinoa, jotka syntyivät heti alkuräjähdyksen jälkeen 13.7 miljardia vuotta sitten. * Neutriinoja auringosta: Jokainen sekunti n. 400000 miljardia neutriinoa lävistää meidät. * Henkilökohtaiset neutriinomme: Säteilemme itse joka sekunti 4000 neutriinoa ympäristöömme. Introduction to High Energy Physics Lecture I Neutriinot 2 R. Orava Spring 2005 17

Mutta ei sitä huomaa...... koko elinaikanamme vain O(yksi )neutriino vuorovaikuttaa itsemme kanssa Voiko neutriino läpäistä maapallon? L vuorovaik Atomipaino = Tiheys Vaikutusala N Avogadro = 5.5g / cm 0.7 10 40g/mol ( E /GeV)cm Keskimääräinen L vuorovaik on 2x10 13 km = 2 valovuotta: 3 38 2 6.023 10 23 /mol 1.6 miljardia maapalloa! Introduction to High Energy Physics Lecture I Neutriinot 3 R. Orava Spring 2005 18

Aineen rakenteen mittakaavat: 10 40 m Introduction to High Energy Physics Lecture I Mittakaava 2 R. Orava Spring 2005 19

20

Mittakaava Monen nollan ongelma... Ihmisen mittakaavoja? Lyhin aika: 0.001 s = 10 3 s Elinikä: 2.500.000.000 s= 2.5 10 9 s Hiuksen säde: 0.00001 m Vuorijono: 100000 m Fysiikka tutkii etäisyyksiä 10 15 metristä (atomiydin) 10 24 metriin (näkyvä maailmankaikkeus) Introduction to High Energy Physics Lecture I Mittakaava 3 R. Orava Spring 2005 21

100% pimeä energia 80% 60% 40% 20% 0% Uudenlaista ainetta Pimeä aine neutriinot! ainetta tähdet Introduction to High Energy Physics Lecture I Pimeä aine R. Orava Spring 2005 22

Miten tutkia? Maailmalaajuisen yhteistyön puitteissa: Käyttäjäkeskukset:suurkiihdytin/teknologialaboratoriot alkuräjähdyksen simulointi Koeasemat: Kosminen säteily: tutkijakollaboraatiot alkuräjähdysten analysointi maanalaiset suurkokeet, kokeet ilmakehän yläosissa ja avaruudessa Introduction to High Energy Physics Lecture I Miten tutkia? 1 R. Orava Spring 2005 23

Historiaa... yksinkertaisempaan aineen "jaksolliseen järjestelmään": 6 kvarkkia, 6 leptonia.. katodisäteet (elektronit) radio aktiivisuus Hittdorf 1869 Röntgen 1896 Bequerel 1896 Introduction to High Energy Physics Lecture I Historiaa R. Orava Spring 2005 24

E = mc 2 Introduction to High Energy Physics Lecture I "Big Bang" R. Orava Spring 2005 25

kosminen SÄTEILY Introduction to High Energy Physics Lecture I Miten tutkia? 2 Victor Hess (1911) 26

27 Introduction to High Energy Physics Lecture I Miten tutkia 3 R. Orava Spring 2005

KOSMISIA KIIHDYTTIMIÄ Introduction to High Energy Physics Lecture I Kosmologiaa R. Orava H W.Hofmann Spring 2005 28

29 Introduction to High Energy Physics Lecture I Miten tutkia? 4 R. Orava Spring 2005

SUURKIIHDYTTIMET FNAL BNL HH RICH SLAC e + e B Factory pp Tevatron 2TeV e p HERA DESY CERN pp LHC 14 TeV IHEP e p HERA KEK e + e B Factory IHEP e e+ τ Factory BINP e e+ τ Factory What Next? * e + e Linear Collider * ν Factory * µ Collider * Very Big Accelerator Introduction to High Energy Physics Lecture I suurkiihdyttimet R. Orava Spring 2005 30

31 Introduction to High Energy Physics Lecture I LHC 1 R. Orava Spring 2005

32 Introduction to High Energy Physics Lecture I Miten tutkia? 5 R. Orava Spring 2005

CERN ja Suomi CERN Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire European Laboratory for Particle Physics Perustettu 1951 Laboratorio 1953 20 jäsenmaata, 2700 työntekijää, 6500 käyttäjää (80 kansallisuutta, 500 yliopistoa) Hiukkasfysiikan tutkimuksen käyttäjäkeskus Suomi liittyi jäseneksi v. 1991 CERNin budjetti 3.7 miljardia FIM, Suomen osuus 1,3% Introduction to High Energy Physics Lecture I CERN ja Suomi R. Orava Spring 2005 33

Suomi Fermilaboratoriossa Introduction to High Energy Physics Lecture I Fermilaboratorio R. Orava Spring 2005 34

Theoretical High Energy Physics in Finland Neutrino physics (J. Maalampi, K. Kainulainen, JYFL, Jyväskylä) Properties of neutrinos: mass, mixing, CP violation String theory and quantum field theory program (HIP) (E. Keski Vakkuri HIP, M. Chaichian UH, C. Cronström UH, Helsinki) Hadron physics (M. Sainio HIP/UH, A.M. Green HYFL, J. Niskanen UH, D.O. Riska HIP/UH, Helsinki) Elementary particle phenomenology (HIP) (K. Huitu UH, Helsinki) Predictions for experimental particle physics QCD and ultrarelativistic heavy ion collisions (HIP) (K.J. Eskola JYFL, K. Kajantie UH, V.P. Ruuskanen JYFL) Description of heavy ion collisions by employing QCD and relativistic hydrodynamics, properties of quark gluon plasma Astroparticle physics (I. Vilja, A. Pietilä, University of Turku) Relations between the particle physics and the structure of the universe Cosmology (HIP) (K. Enqvist HIP/UH, H. Kurki Suonio UH, Helsinki) Microwave background, theory related to the Planck Surveyor Mission project Theoretical nuclear physics (J. Suhonen, J. Toivanen, JYFL, Jyväskylä) Nuclear structure and double beta decay Introduction to High Energy Physics Lecture I Teoreettinen hitufysiikka R. Orava Spring 2005 35

Mitä Suomessa tehdään? Omat tutkimuskohteet: Gluonit: Ydinvoiman fotonin ominaisuudet? Raskaat kvarkit: Higgsin bosoni massan ominaisuudet? TOP kvarkki: Mitä on standardimallin takana? Avaimena oma alakoe suuren koeaseman sisällä: Tarkkuusilmaisimet (mikroelektroniikan huipputekniikkaa) Sovellukset yhteistyössä huipputeknologian teollisuuden kanssa (digitaalinen röntgenkuvaus)5 Introduction to High Energy Physics Lecture I Miten Suomi kontribuoi R. Orava Spring 2004 36

The CDF Experiment at the Fermilab Tevatron First CDF Run II Physics Results 1 1 TeV + 1 TeV proton antiproton collisions energy July frontier 2002 to mid 2007! 37 CDF Results July 2002 Introduction to High Energy Physics Lecture I CDF koe R. Orava Spring 2005

CMS Experiment 12500 tonnia 21,5m pitkä 4Teslan magneettikenttä 15m 36 kansallisuutta 160 instituuttia 2008 tutkijaa Introduction to High Energy Physics Lecture I CMS koe R. Orava Spring 2005 38

ATLAS koeasema Introduction to High Energy Physics Lecture I ATLAS koe R. Orava Spring 2005 39

TOTEM ~150m ~215m Lσ Lσ tot 2 tot 16π = 2 1+ ρ = N + elastic dn dt N t= 0 inelastic Optical Theorem σ tot 16π ( dn / dt) t=0 = 2 1+ ρ Nel + Ninel Introduction to High Energy Physics Lecture I TOTEM/CMS R. Orava Spring 2005 40

Higgs Mass Limits Experimental Status EW measurements: (LEP+SLC+TeVatron..) M H 196 GeV (95% CL) Direct searches (LEP): M H 114.1 GeV (95% CL) M H = 115.6 GeV? Introduction to High Energy Physics Lecture I Higgs R. Orava Spring 2005 41

Missing Mass in pp p + X + p Search for exclusive Higgs production in pp p + H + p with tagged protons b jet gap gap H P 1 P 2 η beam p 2 Roman Pots dipole b jet dipole M 2 H = M 2 missing = (p 1 +p 2 p 1 p 2 ) 2 = M 2 bb M missing = O(1 GeV) Roman Pots p 1 M bb = O(10GeV) Introduction to High Energy Physics Lecture I CMS/Totem R. Orava Spring 2005 42

DELPHI koeasema Introduction to High Energy Physics Lecture I DELPHI R. Orava Spring 2005 43

Suomalainen tarkkuusilmaisin Introduction to High Energy Physics Lecture I 60cm Si ilmaisin R. Orava Spring 2005 44

Hyöty? Kokeelliset menetelmät Mekaniikka Sähkö Kemia Biologia (DNA) Ydinenergia Lääketieteen merkkiaineet Kiihdyttimet (TV) Transistori (elektroniikkateollisuus) Laser Säteilynilmaisimet World Wide Web GRID... Introduction to High Energy Physics Lecture I Hyöty R. Orava Spring 2005 45

Dental Dental Intra oral Panoramic Cephalometric Micro CT Introduction to High Energy Physics Lecture I Dental R. Orava Spring 2005 46

Industrial Non destructive testing (NDT) Pipe welding Al and Mg casting In line testing (ILT) PCB assembly lines Paper/wood, food and textile processing Security Airport security Customs and border protection Introduction to High Energy Physics Lecture I Industrial R. Orava Spring 2005 47

Medical CT scanning Mammography Fluoroscopy X ray biopsy Bone densitometry Gamma camera Introduction to High Energy Physics Lecture I Medical R. Orava Spring 2005 48

Strategia? Lähtökohta: Oma alakoe suurkokeen kehyksessä Kokeelliset projektit ovat teollisia yhteishankkeita Tutkimustavoite instrumentointi teollinen kiinnostavuus Kokeen alajärjestelmät T&K hankkeiden prototyypit Roolijako: Perustutkimus soveltava tutkimus teknologian siirto: Yliopistot (ammatti)korkeakoulut teollisuus Koulutusohjelmat kiinteä osa prosessia ORGANISAATIOMALLI Introduction to High Energy Physics Lecture I Strategia R. Orava Spring 2005 49

Radiation detector laboratory laboratoriotyöt! Introduction to High Energy Physics Lecture I Ilmaisinlaboratorio 1 R. Orava Spring 2005 50

DETECTOR LABORATORY FACILITIES THE FINNISH HIGH ENERGY PHYSICS FACILITY Introduction to High Energy Physics Lecture I Ilmaisinlaboratorio 2 R. Orava Spring 2005 51

Kokeellinen hiukkasfysiikka LEP/CERN Tevatron/Fermilab LHC/CERN Ilmaisinlaboratorio:Tutkimuksen ja koulutuksen perusta kotimaassa. Introduction to High Energy Physics Lecture I Kokeellinen hitufysiikka R. Orava Spring 2005 52

Hiukkasfysiikan opiskelu: perukurssit: aineen rakenne, kvanttimekaniikka kesakoulu(t) kesaharjoittelu: CERN, Helsinki Johdatus hiukkasfysiikkaan kvanttimekaniikka Hiukkasfysiikan teoriat & Hiukkasfenomenologia (standardimalli, supersymmetria ) Kokeellisen hiukkasfysiikan tyokalut:sateilynilmaisimet, kiihdyttimet Opettajia: Masud Chaichian (hiukkasfysiikan teoriat), Katri Huitu (supersymmetria, Higgs fysiikka) Kenneth Österberg (relativistinen kinematiikka) Heimo Saarikko (sateilynilmaisimet 1 & 2) Risto Orava (johdatus hiukkasfysiikkaan) Hannu Kurki Suonio (yleinen suhteellisuusteoria) Paul Hoyer (kvanttimekaniikka) Anca Tureanu (kvanttikenttäteoria) Keijo Kajantie, Claus Montonen, Kari Enqvist Introduction to High Energy Physics Lecture I Hitufysiikan opiskelu R. Orava Spring 2005 53

Avoimet Kysymykset Yhteenveto (1) ν massat, ominaisuudet, sekoitus. (2) Massan syntymekanismi, hierarkiat. (3) Symmetriat SUSY, minkälainen SUSY, q l, Pimeä Aine (4) Gravitaatio Supernauhat/kalvot, kompaktifioidut uudet dimensiot (5) Sukupolvet CP epäsymmetria, aineen dominoima universumi Miten vastata yo. kysymyksiin?/ Mitä työkaluja meillä on käytettävissä? Introduction to High Energy Physics Lecture I Avoimet kysymykset R. Orava Spring 2004 54

What Questions does this field address? Want to know the basic laws of nature Can we unify all the forces with one equation or one theory? Celestial Gravity Newton Einstein terrestrial Gravity Electricity Superstrings? Magnetism 1870's Maxwell Q.E.D. 1970's Standard Model Weak Force Strong Force Q.C.D. Introduction to High Energy Physics Lecture I Avoimet kysymykset R. Orava Spring 2004 55

56 Introduction to High Energy Physics Lecture I Avoimet kysymykset R. Orava Spring 2004

Quantum Mechanics and Gravity At very small distances, Einstein s theory of gravity breaks down. It also breaks down inside black holes. We need another scientific revolution to reconcile quantum mechanics and general relativity. It will radically change our understanding of space and time. The next breakthroughs must come from experiments. Introduction to High Energy Physics Lecture I Avoimet kysymykset R. Orava Spring 2004 57

String Theory String theory appears to be both a consistent quantum theory of gravity and a unified theory of all particles and forces. All the known particles are different vibrations of a single type of string. The unique theory of quantum strings needs 10 dimensions. Introduction to High Energy Physics Lecture I Avoimet kysymykset R. Orava Spring 2004 58