Mikä on CERN? Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire.

Esitys aiheesta: "Mikä on CERN? Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire."— Esityksen transkriptio:

1 Mikä on CERN? Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire

2 CERN on maailman suurin hiukkasfysiikan tutkimuslaitos Ranskan ja Sveitsin rajalla lähellä Geneveä Perustettu 1954 Suomi liittyi 1991 21 jäsenmaata sekä yhteistyökumppaneita yli 100 maasta 8 tarkkailijajäsentä 2400 vakituista työntekijää ja yli 10 000 vierailevaa tutkijaa vuosittain

3 CERN organisaationa CERNin neuvostoon, joka on organisaation korkein auktoriteetti, kuuluu 2 edustajaa jokaisesta jäsenmaasta Nykyisenä pääjohtajana toimii saksalainen Rolf-Dieter Heuer Talous komitea huolehtii rahoitukseen liittyvistä asioista Tieteellinen komitea vastaa tieteellisestä agendasta

4 Tutkimuslaitos Pääpuoli Sveitsin puolella ja toinen puoli Ranskan puolella, jossa sijaitsee ohjauskeskus Hiukkaskiihdyttimet ja ilmaisimet Datakeskus, datan varastointiin ja lähettämiseen

5 Tehtävät Alkujaan tavoitteena oli ymmärtää atomin rakenne, mutta nykyään painottuu hiukkasfysiikkaan Pyrkiä selvittämään muun muassa miten maailmankaikkeus toimii ja miten se on saanut alkunsa Suorittaa hiukkasfysiikan kokeita ja varastoida ja jakaa syntyvää dataa Tämän hetkisiä kokeita on muun muassa vedyn ja antivedyn vertaily sekä antiprotonien biologisten vaikutusten selvittäminen

6 Lähteet http://www.aps.org/publications/apsnews/201409/images/lhc-ring-aerial_2.jpg http://home.web.cern.ch/about http://home.web.cern.ch/about/structure-cern http://home.web.cern.ch/about/accelerators http://home.web.cern.ch/about/physics http://home.web.cern.ch/about/computing http://home.web.cern.ch/about/computing/worldwide-lhc-computing-grid http://home.web.cern.ch/about/member-states http://international-relations.web.cern.ch/International-Relations/ http://council.web.cern.ch/council/en/Welcome.html http://home.web.cern.ch/about/experiments http://voisins.web.cern.ch/sites/voisins.web.cern.ch/files/u74/carte-01_11.png

7 Hiukkaskiihdyttimet

8 Erilaisia kiihdyttimiä  hiukkaskiihdytin kiihdyttää ja suuntaa varattuja hiukkasia  lineaarinen  sykliset kiihdyttimet  syklotroni  synkrotroni

9 Toiminta  vain varautuneet hiukkaset  sähkökenttä kiihdyttää  magneettikenttä suuntaa  hiukkaset törmäävät ja hiukkasilmaisimet analysoivat, mitä tapahtui

10 CERN:in LHC  LEP:n tunnelissa  kiihdytellään ja törmäytellään hadroneita  piiri n. 27 metriä  ensimmäinen käynnistys 10.9.2008

11 CERN:in LHC  kaksi hiukkassuihkua  kiihdytetään vaiheittain yhä suuremmilla kiihdyttimillä  protonin kiertoaika n. 90 mikrosekuntia  hiukkasten energia jopa 7 TeV  hyvin kylmää magneettien toiminnan takia

12 Hiukkasilmaisimet Otto Ylönen, Ville Remahl

13 Hiukkasilmaisin (lyhyt oppimäärä) Hiukkasilmaisin eli säteilyilmaisin on laite, jolla havaitaan subatomisia hiukkasia. Useiden erilaisten hiukkasten ja hajoamistuotteiden tutkimiseksi fyysikot ovat suunnitelleet moniosaisia(monikerroksisia) ilmaisimia.Tapahtuman kartoittamiseksi nämä kaikki osat toimivat samanaikaisesti. Ilmaisimet mittaavat hiukkasten energiaa ja liikemäärää, tai tunnistavat yksittäisiä hiukkasia. Ilmaisimet tuottavat valtavan määrän dataa kerralla, joten tietokokeet ovat todella oleellinen osa tuloksien perkaamista.

14 Hiukkasilmaisintyypit Seurantalaitteet: Kerovat ilmaisimen läpi kulkevan hiukkasen reitin. Kalorimetrit: mittaavat hiukkasen menettämää energiamäärää, sen kulkiessa/absorboituessa ilmaisimeen. (Eli lyhyesti) se mittaa hiukkasen energiaa. Hiukkasilmaisimet: Tunnistavat aiempien ilmaisimien avulla mikä hiukkanen on kyseessä. Myoni-ilmaisimet: ilmaisevat myoneita

15 Hiukkasilmaisimet CERNissä CERNin hiukkaskiihdyttimen (LHC:n) putkien risteyskohtiin on rakennettu kuusi hiukkasilmaisinta: ATLAS, CMS ja ALICE sekä kolme pienempää: LHCb, TOTEM ja LHCf.

16

17 S TANDARDIMALLI ON KVANTTIFYSIIKAN TEORIA, JOKA KUVAA PERUSVUOROVAIKUTUKSISTA HEIKKOA, VAHVAA JA SÄHKÖMAGNEETTISTA ( PAINOVOIMAA EI VIELÄ YHDISTETTY ) JA ALKEISHIUKKASIA, JOSTA AINE KOOSTUU S TANDARDIMALLI ON KVANTTIFYSIIKAN TEORIA, JOKA KUVAA PERUSVUOROVAIKUTUKSISTA HEIKKOA, VAHVAA JA SÄHKÖMAGNEETTISTA ( PAINOVOIMAA EI VIELÄ YHDISTETTY ) JA ALKEISHIUKKASIA, JOSTA AINE KOOSTUU S TANDARDIMALLISSA ON KAHDENLAISIA ALKEISHIUKKASIA : S TANDARDIMALLISSA ON KAHDENLAISIA ALKEISHIUKKASIA : FERMIONIT FERMIONIT NS. AINEHIUKKASET SPIN ON PUOLILUKU (1/3, 3/2 JNE.) TOTTELEVAT P AULIN KIELTOSÄÄNTÖÄ MUODOSTAVAT AINEET 12 ERILAISTA + NIIDEN ANTIHIUKKASET BOSONIT BOSONIT NS. VÄLITTÄJÄHIUKKASIA SPIN ON KOKONAISLUKU EIVÄT TOTTELE P AULIN KIELTOSÄÄNTÖÄ PERUSVUOROVAIKUTUKSET ( PAINOVOIMAA EI VIELÄ LIITETTY ) MITTABOSONIT + H IGGSIN BOSONI

18

19

20 S PIN ON KOKONAISLUKU (0,1,2) S PIN ON KOKONAISLUKU (0,1,2) P AULIN KIELTOSÄÄNTÖ EI KOSKE BOSONEJA P AULIN KIELTOSÄÄNTÖ EI KOSKE BOSONEJA O LEMASSA ALKEISHIUKKASBOSONEJA SEKÄ YHDISTELMÄBOSONEJA O LEMASSA ALKEISHIUKKASBOSONEJA SEKÄ YHDISTELMÄBOSONEJA ALKEISHIUKKASBOSONEISSA ITSESSÄÄN SPIN KOKONAISLUKU YHDISTELMÄBOSONIT KOOSTUVAT PIENEMMISTÄ HIUKKASISTA NIIN, ETTÄ NIIDEN SPIN ON KOKONAISLUKU ( EIVÄT SIIS ALKEISHIUKKASIA )

21 Higgsin bosoni Aapo Jalo & Johanna Suomela

22 Ominaisuuksia Alkeishiukkanen Sillä ei ole spiniä, sähkövarausta eikä värivarausta. Elinaika hyvin lyhyt, vain noin 1,56 × 10 -22 s Sitä ei voida havaita suoraan ja se syntyy vain hetkeksi hiukkaskiihdyttimen protonisuihkujen törmätessä, ennen kuin hajoaa edelleen muiksi hiukkasiksi.

23 Yleistä Higgsin bosoni on alkeishiukkanen, jonka Peter Higgs löysi teoreettisesti vuonna 1964 ja ensimmäisen kerran se havaittiin LHC-kiihdyttimessä Cernissä heinäkuussa 2012. Bosonit ja niistä muodostuva Higgsin kenttä selittävät joidenkin hiukkasten massan. Ilman tätä bosonia, hiukkasten massoille täytyisi löytää jokin muu selitys. Löydetty bosoni täydentää fysiikan standardimallia

24 Teoreettinen tutkimus Teorian on kehittänyt Peter Higgs yhdessä muiden alan fyysikoiden kanssa jo vuonna 1964. 1970-luvulla kehitetty hiukkasfysiikan standardimalli ei pystynyt selittämään, miksi aineilla on massa. Tämän ongelman ratkaisuksi kehitettiin Higgsin teoria, joka selittäisi alkeishiukkasten massan.

25 Kokeellinen tutkimus Bosonia yritettiin etsiä jo vuosina 1989-2001, mutta vanhat LEP- kiihdyttimet olivat liian tehottomia riittävän voimakkaan törmäyksen aikaansaamiseksi. Vuonna 2008 valmistunut LHC-kiihdytin mahdollisti riittävän suuren energian bosonin löytämiseksi. Bosonista tehtiin ensim- mäiset havainnot vuonna 2012, mutta bosoni vaatii vielä paljon tutkimista.

26 Tuoreita ja tulevia tutkimuksia Maaliskuussa 2015 bosonin massaksi tarkentui 125,09 GeV/c 2 (  2.2×10 −25 kg). Ensisijainen tavoite on bosonin uudelleenlöytäminen Cernissä. Bosonin ominaisuuksista, kuten spinistä ja pariteetista, täytyy vielä tehdä lisää tutkimuksia. Tarkoituksena on myös selvittää bosonin vuorovaikutuksia muiden hiukkasten kanssa.

27 Lähteet http://fi.wikipedia.org/wiki/Higgsin_bosoni http://www.tiede.fi/artikkeli/uutiset/higgsin_hiukkanen_muuttuuko_ma ailmankuvamme http://www.hs.fi/tiede/a1363230507395 LHC kiihdyttää superjahtiin, Tiede 5/15

28 Antimateria RIKU, JUTTA, TOMMI

29 Mitä on antimateria?  Ainetta, joka koostuu antihiukkasista  Hiukkasia, joiden sähkövaraukset vastakkaismerkkiset  Sama massa ja kvanttiluvut kuin materiahiukkasilla  Antimaterian ja materian törmäyksessä syntyy energiaa ja molemmat tuhoutuvat

30 Antimaterian historiaa  Ensimmäisen kerran ennustettu vuonna 1928 Diracin toimesta  Carl Anderson löysi positronin (antielektronin) 1932  Antiprotoni löydetty 1955  Antineutroni 1956  Materian ja antimaterian välinen ero havaittiin vuonna 1964  1981 aloitettiin antiprotonien ja protonien törmäyttäminen  Onnistuttiin valmistamaan vuonna 1995  mm antivety

31 Antimaterian havaitseminen Kuplakammiokuvassa positronin ja elektronin liikeradat Hiukkaset kaartuvat magneettikentän vaikutuksen vuoksi http://www.bigganblog.com/wp-content/uploads/2012/03/I15-70-positron.jpg

32  Alkuräjähdysteorian mukaan alkuräjähdyksessä olisi pitänyt syntyä saman verran materiaa ja antimateriaa  Materiaa on kuitenkin paljon enemmän. Miksi? Lähteet:  Cernin verkkosivut  Joensuun yliopiston hiukkasseikkailu  Wikipedia

33 Cernissä jo havaittua JUUSO HUOVILA JA VILJAMI WUOLLET

34 Cernin olennaisia havaintoja -Higgsin hiukkanen -Ero materian ja antimaterian välillä -W- ja Z- bosonit -Pentakvarkki -Standardimallin testaus ja tutkiminen

35 Standardimalli  Standardimallia on Cernissä tutkittu jo vuosikymmeniä  Standardimallissa yhdistetään sähkömagneettisen ja heikon vuorovaikutuksen kuvaava teoria sähköheikosta vuorovaikutuksesta ja vahvan vuorovaikutuksen kuvaava kvanttikenttäteoria, kvanttikromodynamiikka.  Nämä teoriat kuvaavat fermionien välillä vaikuttavia voimia voiman välittävän bosonin (mittabosonin) avulla.  Higgsin bosonin löytyminen vahvisti standardimallin käyttökelpoisuuden, sillä muuten se olisi ollut vajaa.

36 Higgsin hiukkanen  Higgsin bosoni eli Higgsin hiukkanen on alkeishiukkanen, joka on löydetty Large Hadron Colliderissa, Cernissä.  Standardimallissa Higgsin bosoni on bosoni eli hiukkanen, joita voi olla samanaikaisesti useampia samalla kvanttiluvuilla.  Sillä ei ole spiniä, sähkövarausta tai värivarausta.  Jos Higgsin bosonia olisi löytynyt, massalle täytyisi löytää vaihtoehtoinen selitys.

37 W- ja Z- bosonit  Heikon vuorovaikutuksen välittäjähiukkasia  Havaittiin CERN:ssä vuonna 1983  Löytöä pidetään yhtenä merkittävimmistä hiukkasfysiikan standardimallin saavutuksista  Havainnot tehtiin LEP-kiihdyttimen (1989-2001) toiminnan aikana.

38 Pentakvarkki  Cernissä havaittiin pentakvarkki, jonka olemassaolo ennustettiin jo 60- luvulla  Kokeiden aikana joissakin hajoamisissa esiintyi välivaiheita, joille tutkijat etsivät selitystä.  Ainoaksi vaihtoehdoksi jäi pentakvarkki, neljän kvarkin ja yhden antikvarkin muodostama hypoteettinen hiukkanen.

39 Antimateria  Antimateria eli antiaine on ainetta, joka koostuu antihiukkasista.  CERNissä vuonna 2004 antimaterian valmistaminen muutaman pikogramman verran maksoi 20 miljoonaa yhdysvaltain dollaria, josta suuri osa kului energian tuotantoon.  Tulevaisuudessa antimateriaa tarjoaa mahdollisuuden esimerkiksi fotonirakettien polttoaineena erityisesti avaruusaluksissa ja mahdollisesti lentokoneissa.  Aine ja antiaine voivat muuttua säteilyenergiaksi ja säteily toisinpäin. Vielä ei kuitenkaan ole riittäviä todisteita siitä, että antimateria olisi materian täydellinen vastakohta. Sitä pyritään nyt selvittämään CERN:ssä.

40

41

42

43

44

45

46 SUOMALAISET CERN:ISSÄ

47 CERN on ”pieni kaupunki”, jonka työntekijät koostuvat jäsenmaiden ihmisistä, joita on muutamia tuhansia ja näistä suomalaisia on n. 100. Suomalaiset ovat muun muassa : fyysikoita, data ihmisiä, sensoriosaajia ja rakentajia. CERN:in ollessa kuin pieni kaupunki niin he voivat olla myös muita kaupungissa tarvittavia henkilöitä esimerkiksi palomiehiä. Myös Suomesta käsin tehdään myös osia hiukkaskiihdyttimeen. CERN:issä on myös madollisuus opiskella alaa paikan päälle, jonka koulutus kestää muutaman vuoden. Sivusto, josta voi hakea töihin CERN:iin :http://jobs.web.cern.ch/new-sitehttp://jobs.web.cern.ch/new-site

48 - Suomalaiset ovat aloittaneet CERNissä työskentelyn jo 20- vuotta sitten ja ovat siellä edelleen - Suomalaisia on ollut mukana myös Higgs hiukkasen etsimisessä. Hiukkanen löytyi vuonna 2012 ja sen löytäjät Peter Higgs ja Francois Englert jakoivat Nobel palkinnon - Fysiikan tutkimuslaitos on myös mukana CERN tutkimuksissa. Tutkimuslaitokseen kuuluu Helsingin yliopisto, Jyväskylän yliopisto, Lappeenrannan teknillinen yliopisto, Tampereen teknillinen yliopisto ja Aalto-yliopisto.

49 KARI ENQVIST CERNISSÄ - Kari Enqvist on ehkä tunnetuin suomalainen, joka on työskennellyt CERNissä. - Enqvist työskenteli CERNissä noin kaksi vuotta. 1984-1986 - Enqvist on kirjoittanut 12 kirjaa fysiikkaa koskien ja voittanut lukuisia palkintoja kuten Yrjö Koskisen stipendin