Det Internationale Fysikår Niels Bohr Institutet CERN’s 50 års jubilæum og Det Internationale Fysikår

Thomas Kittelmann og Katrine Facius CERN’s 50 års jubilæum Thomas Kittelmann og Katrine Facius Niels Bohr Institutet

Det mindste i det største De mindste byggesten – et indblik i naturens mest fundamentale skala Fra Big Bang til nu - det moderne verdensbillede Hvor har vi vores viden fra? Hvad bringer fremtiden?

Kosmisk Zoom Temperatur 0 K 100 m Liv 3·102 K 10-6 m 10-9 m Planeter Mennesket 100 m Liv 3·102 K Virus 10-6 m Molekyle 10-9 m Planeter 103 K Atom 10-10 m Atomkerne 10-14 m Stjerner 105 K Proton 10-15 m Neutron Stjerner 1011 K Kvark < 10-19 m Galakse Centre 1015 K Big Bang 1030 K

u c s e t m b d n n ne Standardmodellen II III Quark Lepton Men det er ikke alle de stoflige partikler… … for hver partikel er der også en antipartikel! Elektronen (e-) har positronen (e+) som antipartikel. Til quarken u (ladning 2/3) hører en anti-u med ladning -2/3. ... Antipartikler annihilerer med partikler! u og d quarkerne samt elektronen bærer elektrisk ladning (Q) Qe = -1 (bruges som standard enhed) Qu = 2/3 Qd = - 1/3 Protonen består af u-u-d (2/3+2/3-1/3) Neutronen består af u-d-d (2/3-1/3-1/3) Atomer består af protoner, neutroner og elektroner up u m muon n m-neutrino s strange c charm II t tau n t-neutrino b bottom top III Neutrinoen – den hemmelige partikel Opdaget i beta-henfald: II og III familie ekstremt ustabile… Quark d down e Men hvordan holdes partiklerne sammen i fx protoner og neutroner? p+ e- ne e-neutrino n c νe d e electron Lepton b νe e Slet ikke så ualmindelig! Sol-flux: 1011 / cm2 / sekund Husk at tale om antipartikler νe Materiens familier I

Kræfter overføres af partikler

Hvilken kraft afhænger af hvilken partikel der sendes over

Hvilken kraft afhænger af hvilken partikel der sendes over

(kendt fra b-radioaktivitet: n → p+ + e- + ν) stofpartikel Standardmodellen kraftbærer stofpartikel g foton Elektromagnetiske kraft g gluon Den stærke kernekraft W W boson Den svage kernekraft (kendt fra b-radioaktivitet: n → p+ + e- + ν) Z Z boson

u c s e t d m b g ne n n g W Z Standardmodellen Kraftoverfører Tyngde stofpartikel Standardmodellen kraftbærer Tyngde kraften stofpartikel e electron ne e-neutrino d down up u I m muon n m-neutrino s strange c charm II t tau n t-neutrino b bottom top III Quark g foton Z Z boson W W boson g gluon Lepton Kraftoverfører Husk at tale om antipartikler Materiens familier Higgs Boson Higgs Boson?

The Big Bang

Efter 10-34 sek er temperaturen faldet til 1027 grader The Big Bang Efter 10-34 sek er temperaturen faldet til 1027 grader Inflationen stopper - De stærke kernekræfter opfører sig forskelligt fra de svage kernekræfter og elektromagnetismen.  Grand Unification ophører

De svage kernekræfter begynder at opfører sig The Big Bang Efter 10-10 sek er temperaturen faldet til 1015 grader De svage kernekræfter begynder at opfører sig forskelligt fra de elektromagnetiske kræfter.

Men det er stadig for varmt til at de kan samle sig til atomkerner The Big Bang Efter 10-4 sek er temperaturen faldet til 1010 grader Det er blevet så koldt at kvarkerne kan danne protoner og neutroner. Men det er stadig for varmt til at de kan samle sig til atomkerner

The Big Bang Efter 100 sek er temperaturen faldet til 109 grader Protoner og neutroner kan samle sig til lette atomkerner. Men det er stadig for varmt til at elektronen kan binde sig til atomkerner.

Elektronen kan binde sig til atomkerner til atomer. The Big Bang Efter 300.000 år temperaturen faldet til 6000 grader Elektronen kan binde sig til atomkerner til atomer. Der er så langt mellem atomerne at lyset kan passere uhindret gennem rummet.

Efter 1.000.000.000 år er temperaturen faldet til 18 grader The Big Bang Efter 1.000.000.000 år er temperaturen faldet til 18 grader Galakser dannes og de tunge grundstoffer dannes i stjerner og supernovi

Den Partikelfysiske Metode For at udforske det allermindste er der to metoder - at støde en partikel ind i en anden og observere karakteristika ved kollisionen - at annihilere to partikler og skabe nye fra den energi der er frigjort E=mc 2

Partikel accelerator-laboratorier CERN - Geneva, Schweiz Large Electron-Positron collider e- e+ kvarker muoner fotoner

u c s e t b m d ? ne n Standardmodellen Materiens familier III II I Måling af antallet af neutrinotyper Materiens familier t tau n t-neutrino b bottom top III m muon m-neutrino s strange c charm II e electron ne e-neutrino d down up u I Lepton Quark Standardmodellen ?

Åbne Spørgsmål Masse – Hvad er den egentlige baggrund for masse – Higgs? Symmetrier – er der en symmetri mellem stofpartikler og kraftoverførende partikler (Supersymmetri)  mørkt stof Gravitationskraften… Superstrenge? Ekstra dimensioner? Stof-antistof asymmetri, stof-domineret univers... ...

The Large Hadron Collider

Eksperimenter med deltagelse fra København ved LHC Mulighederne for at opdage nye ting ved LHC er enorme

Opsummering og fremsyn Partikelfysikkens standardmodel og Big Bang kosmologi fungerer godt, men der er mange åbne spørgsmål. Vi har et perfekt eksperimentel program for de næste 15 år som giver mulighed for at besvare de åbne spørgsmål. En ny højenergetisk e+e- lineær kollider er ved at blive designet som supplement til LHC.

Dette slideshow og mere info om CERN: http://hep.nbi.dk/cern50 Der har aldrig været et så spændende tidspunkt i partikelfysikken, og mulighederne er enorme for de som vil udnytte dem. Dette slideshow og mere info om CERN: http://hep.nbi.dk/cern50