Mesék a Standard Modellről

Miközben lélekben már készülünk az új fizikai eredményekre, nézzük meg, hol tartunk most! A Standard Modell ma a részecskefizika általánosan elfogadott, átfogó elmélete, amelyet az elmúlt évtizedekben végzett részecskefizikai kísérletek eredményeinek értelmezésére, egységes keretbe foglalására dolgoztak ki.

A modell jól leírja a ma ismert tényeket, és eddig a rá alapozott előrejelzések is beigazolódtak. Néhány kérdésre azonban a Standard Modell sem ad választ.

A legkomolyabb hiányosság, hogy még nem sikerült megtalálni az egyik alapvető összetevőjét, az úgynevezett Higgs-bozont, amely nélkül nem értelmezhető a részecskék tömege. A hiányzó elemek felfedezését – például a Higgs-bozonét – az LHC-től várjuk.

Remek összefoglaló ábra a Standard Modellről: http://cdsweb.cern.ch/record/39403

Horváth Dezső (a fizikai tudomány doktora, MTA KFKI RMKI) előadása a Standard Modellről (film):
http://vod.niif.hu/index.php?lg=hu&mn=archive&eid=83&sm=listevent

Horváth Dezső előadása (Előadássorozat fizikatanárok részére (CERN, 2009. aug. 17-21.) és cikke a Standard Modellről:
http://indico.cern.ch/getFile.py/access?contribId=20&resId=0&materialId=slides&confId=62581

http://indico.cern.ch/getFile.py/access?contribId=20&resId=0&materialId=paper&confId=62581

A Standard Modell: mi az, és mire jó? Horváth Dezső cikke a Természet Világában: http://www.termeszetvilaga.hu/szamok/kulonszamok/k0003/modell.html

 Még közérthetőbben: Jéki László cikke a Standard Modellről: http://www.origo.hu/tudomany/20080824-indul-a-legnagyobb-reszecskegyorsito-nagy-hadron-utkozteto-az-lhc-.html

Gyorsíts fel egy részecskét! Próbáld ki egy animáción!

Próbáld ki az előző bejegyzés filmjében látottakat! Az alábbi URL-en elérhető kis interaktív animációban az egyes elemek a gyorsító egy-egy rádiófrekvenciás üregét jelképezik. A gyorsításhoz cserélgesd a polaritást (Flip Battery), hogy oszcilláló elektromágneses tér jöjjön létre. A gyorsításra váró részecske pozitív töltésű. A játék megkezdéséhez kattints az egyik szövegre.

http://microcosm.web.cern.ch/Microcosm/RF_cavity/ex.html

Film: szörföző protonok, gyorsítás az LHC-ben

A gyorsítást végző rádiófrekvenciás üregek (RF cavity) működését Vesztergombi György fizikus magyarázta el a CERN mágnesszerelő csarnokában, ahol az egyik sarokban rábukkantunk egy ilyen szerkezetre.

További magyarázat Agócs András fizikustól:

Az LHC gyorsító egy ún. szinkrotron, amelyben a részecskéket (jelen esetben konkrétan protonokat és nehézionokat) úgy lehet a nyalábcsőben tartani és/vagy gyorsítani, hogy megfelelően időzített elektromágneses térrel befolyásoljuk őket. A kijelölt pályán tartás alapja a Lorentz-féle erő, amely a mágneses térben haladó, elektromos töltéssel rendelkező részecskékre hat. (Ezt használják ki a detektorok is a nagy mágneses terükkel: az ütközésben keletkező részecskék pályája a megfelelő mágneses térben elgörbül, és a rekonstruált pálya görbületéből hasznos információk nyerhetőek ki). A részecskéket gyorsítani pedig elektromos térrel lehet.

A gyorsítóknál általában megfelelően hangolt frekvenciával változtatják az elektromos teret, így az éppen ott tartózkodó részecske olyan térbe kerül, ami tovább növeli az aktuális sebességét: először odavonzza, majd ahogyan áthalad, a tér irányának megváltoztatása továbblöki. Miután a részecske áthaladt a gyorsítószakaszon, a teret vissza kell állítani, hogy a következő részecskét is fel tudja gyorsítani. Amíg nincs beállítva a megfelelő tér, addig a szakasz nem tud megfelelően gyorsítani, sőt akár lassíthat is. Ezért nem lehet folyamatosan küldeni a részecskéket, hanem csak szakaszosan. A szakaszok követési idejét az elektromos mező frekvenciája határozza meg. Figyelni kell arra is, hogy a hatalmas elektromos tér előállítása minél hatékonyabban történjen, ne legyenek veszteségek, ezért a tereket ún. üregrezonátorokban állítják elő (RadioFrequency accelerating cavity, RF cavity, lásd a filmen). Ezekkel elérik, hogy kis térfogatban maradjon a tér és ezáltal az energia, és “ne folyjon szét”.

Természetesen nagyon nehéz és fölösleges lenne egyetlen részecskét így gyorsítani, ehelyett egyszerre több részecske repül a nyalábcsőben, és részecskecsomagok (“bunchok”) követik egymást. Az LHC-ben a gyorsítótér frekvenciája kb. 400 MHz, ami kb. 25 ns (nanomásodperc) követési időnek felel meg. Ezt a rettentően kicsiny követési időt nagyon nehéz megvalósítani, így a tervek szerint több lépcsőben érik el a részecskecsomagok maximális számát.

A nagyon kicsi követési idővel és nagyszámú részecskét tartalmazó csomagokkal lehet elérni a nagy luminozitást, ami a másodpercenkénti ütközések számát jellemzi. Az LHC nemcsak a gyorsítási energiában, hanem a tervezett luminozitásban is minden eddiginél nagyobb értékeket fog el elérni.

Ajánlat: Veszprémi Viktor (ATOMKI, Debrecen) előadása a részecskegyorsítók működéséről és fejlődéséről, magyar nyelven.

Film: tape robotok, szalagos adattároló rendszerek a CERN-ben

A CERN-ben keletkező adatok a megfelelő előszűrés (trigger) után a CERN számítógépközpontjába kerülnek, ahol a végső tárolást szalagos adattároló egységek végzik (a CERN stratégiai okokból két nagy céggel kötött szerződést: SUN, IBM).

Az adattároló egységben működő robotok (tape robots) másolják fel a beérkező adatokat szalagokra. Egy-egy adattároló egységben sok száz ilyen szalag van. Egy-egy szalag 500-700 GB adatot tud tárolni, tehát a tárolókapacitása akkora, mint egy modernebb otthoni gépben a merevlemezé. A szalag előnyei a merevlemezzel szemben: gyakorlatilag nem igényel áramot a használata, nem mozgásérzékeny, az eddigi tapasztalatok alapján tartósabb más módszereknél, és ráadásul olcsóbb is. Nézzünk be egy ilyen szekrénybe!

Ha például egy fizikusnak szüksége van egy adatállományra (és van hozzáférése a CERN GRID-hez), akkor lekéri az adatokat, a robot ezt megkeresi neki, beteszi a szalagot az olvasóba, az adatok merevlemezre másolódnak, és a user onnan fogja direktben olvasni. Ez nagyon fontos, mert nincs annyi olvasófej, hogy mindenkit egyszerre kiszolgáljon.

Mindezeket és még rengeteg érdekes információt Lenkes Dániel magyar informatikus mondta el, amikor decemberben a CERN-ben jártunk. Köszönjük!

További élmények további filmekkel folyamatosan jönnek a blogon.