PROFESOR: Bună, și bine ați
revenit la 8.20,
relativitate specială.
În acest mic videoclip,
voi continua
cu introducerea mea și voi
vorbi despre cercetarea care mă
interesează.
Deci, aceasta nu este strict pe
tema relativității speciale,
dar veți vedea unele
dintre influențele
cercetării mele în  clasa,
precum și pe măsură ce ne deplasăm.
Deci, ce mă interesează
și la ce lucrez?
Lucrez la Large
Hadron Collider.
Vedeți în spatele meu aici o
poză cu detectorul CMS.
Detectorul CMS este unul dintre cele
două detectoare universale
de la Large Hadron Collider.  Mai
sunt și LHCb și ALICE, încă
două experimente dedicate.
Large Hadron
Collider ciocnește
protoni la cele mai mari
energii posibile.
În unele unități, 13 TeV--
tera-electronvolți
energie de coliziune.
Ciocnirile au loc de
aproximativ 40 de milioane de ori
pe secundă în această mașină
atunci când este operațională.
Și am făcut progrese mari
în înțelegerea naturii
folosind această mașină în
ultimul deceniu.
Large Hadron Collider a
început să funcționeze în 2009.
Ele sunt în prezent
într-o fază de oprire,
dar sperăm să repornim
anul viitor cu un centru de energie și mai mare

disponibil pentru studiile noastre.
Deci de ce avem nevoie de o
mașină ca aceasta?
Ciocnirea particulelor
la energii mari
ne permite să sondam
structura materiei
ca la un microscop mare.
Și astfel putem privi foarte
profund structura
protonului.
În același timp, putem--
acest centru înalt de
energii de masă și ciocniri poate
produce particule noi--
particule neașteptate.
Vom vedea mai târziu
E egal cu mc pătrat
ca rezultat al
relativității speciale.
Și când aveți
suficientă energie, s-
ar putea să puteți produce o
nouă particulă de masă mare.
Și deci acesta este un fel
de Sfântul Graal
și ceea ce încercăm să facem.
Și celălalt
lucru pe care îl facem aici este
prin ciocnirea protonilor și
uneori chiar a ionilor de plumb,
suntem capabili să creăm o
formă de materie foarte fierbinte și densă,
similară mediului
după Big Bang
și să putem studia
această nouă formă de materie.  Să
vedem cum se construiesc masa și
materia.
Dacă iei masa
în fața ta
și începi să cauți
în detaliu,
începi să vezi
molecule și atomi.
Atomii sunt formați din
electroni și nuclee.
Nucleele în sine sunt construite
din protoni și neutroni.
Și dacă te uiți mai
precis-- forează adânc
în structură-- vezi
că un proton de la suprafață este
construit din quarci--
quarci up-- doi
quarci up și un quark down.
Dacă investigați în continuare
structura protonului,
vedeți că se întâmplă
mult mai mult.
Sunt gluoni-- particule care
țin quarcii împreună.
Și există și grămadă
de quarci și anti-quarci.
Acest lucru este de acum bine înțeles.
Dacă întrebați care este
masa protonului, este
vorba de un
giga-electronvolți
sau 938 de mega-electronvolți.
Dar de unde
vine masa?
Masa
protonului provine, parțial,
din masa -- din
masa cuarcilor.
Dar în majoritatea părților de la
gluoni, sau câmpul
care ține quarcii împreună.
Este un fel de surprinzător,
dar dacă ai avut deja 8,02,
știi că există
energie stocată într-un câmp,
iar acea energie, din nou,
este echivalentă cu masa.
Deci, energia stocată în
câmpul de gluoni care ține quarcii
împreună dă
masă protonului.
Și asta a fost destul de bine.
Există o teorie care
descrie toate acestea.
Se numește QCD--
cromodinamică cuantică.
Și dacă... cu
anumite presupuneri,
poți calcula masa
unui mănunchi de particule.
Deci, acest grafic de aici
arată spectrul hadronului luminos
care poate fi calculat
folosind doar [INAUDIBIL]..
Ceea ce mă interesează de fapt
este masa
particulelor elementare.
Deci, această discuție de până
acum a fost o scurtă prezentare generală a
modului în care particulele compozite, cum ar fi
masa dvs., devin masive.
Dar cum
dobândește quarcul însuși masă?
Cum dobândește un electron
masă, sau un muon și un tau.
Această imagine de aici vă arată
toate particulele elementare cunoscute.  Le
putem pune în trei cutii--
quarci-- acestea sunt
particulele--
quark-urile up și
quark-urile down pe care le-am găsit în proton.
Electronul face -
împreună cu protonul
formează atomul de hidrogen.
Și sunt neutrini.
Aceștia sunt electroni de bază.
Și apoi mai este purtător de forță.
Și tocmai am întâlnit gluonii, dar există
și fotonul,
bosonul W și Z și
bosonul WZ, ei înșiși sunt
particule masive.
Cum dobândesc masa?
Răspunsul a fost găsit
de noi în urmă cu aproximativ 8 ani odată
cu descoperirea
bosonului Higgs, o nouă particule.
Și teoria de bază
explică
modul în care particulele dobândesc masă.
Și practic rezolvat, nu?
Nu chiar.
Deci este cu adevărat
misterios să vedem
cât de diferite sunt de fapt masele
acelor particule elementare
.
Vedeți aici pe acest
tabel logaritmic.
Din nou, aici sunt prietenii noștri
quarcul down, quarcul up
și electronul.
Și dacă compari
asta, de exemplu,
cu cea mai grea
particulă elementară cunoscută,
cuarcul de top,
vezi multe, multe ordine
de mărime diferențe.
Deci, cum funcționează acest lucru de fapt?
Și apoi vezi
câțiva dintre bozoni -
purtătorii de forță sunt masivi.
Alții, precum fotonii
și gluonii, sunt fără masă.
Răspunsul la aceasta a fost
mecanismul Higgs.
Și o explicație foarte simplă a modului în care
mecanismul Higgs
funcționează de fapt pentru fermionii pentru
acești quarci -- deci electronul,
de exemplu --
este dată în acest desen animat.
Deci ideea este că un
câmp umple tot spațiul.
Practic este o
proprietate a vidului.
Și când călătoriți
o particulă elementară
prin acest vid,
interacționați cu acest câmp.
Și cu cât interacționezi mai puternic, cu atât vei
avea mai multă rezistență.
Există un fel de...
simți o inerție.
Și această inerție este
ceea ce știm ca masa
particulei elementare.
Deci, există o echivalență
între cât de puternic ești
cuplat la vid-- la
câmpul Higgs și masa ta.
Așadar, un quarc de top se cuplează
puternic cu acest câmp Higgs,
în timp ce un electron este doar puțin.
Grozav.
Deci am înțeles
totul.
Deci întrebarea
este de ce încă ne
ciocnim protoni și
bosoni la LHC?

Mai este ceva de descoperit?
Deci, se dovedește că avem
o teorie foarte sofisticată
care descrie acele particule
și interacțiunile lor,
dar această teorie nu reușește să
explice toate observațiile pe care le
avem în natură.
Și asta este un
fel de
forță motrice din spatele experimentului pe care îl
conduc chiar acum.
Și așa, de exemplu, știm
că există materie întunecată.
Când ne uităm la rotația
stelelor și galaxiilor,
constatăm că acestea nu se comportă
așa cum v-ați aștepta pur și simplu pe baza
distribuției
materiei în acele galaxii.
Trebuie să fie altceva
acolo, și asta--
deoarece nu este vizibil--
se numește materie întunecată.
Și acea materie întunecată...
materia întunecată ar putea fi
o particulă pe care am
putea-o produce la LHC.
Deci este o
întrebare interesantă.
De asemenea, când
privești în univers,
vedem multă materie.
Nu vezi
multă antimaterie.
Deci trebuie să existe o
asimetrie între modul în care
materia și antimateria
sunt produse.
Și asta nu este
încă pe deplin înțeles.
Și apoi mai este o întrebare.
De exemplu, acei neutrini
sunt cu adevărat, foarte ușori.
Pe această
scară logaritmică, am avut o tăietură
și apoi masele de neutrini.
Neutrinii dobândesc
masă așa cum o face un electron
, așa cum o face un cuarc de top, sau
este un mecanism diferit?  Nu
știm.
Gravitația nici măcar nu este inclusă
în modelul standard.
Și faptul că
bosonul Higgs
a fost descoperit la o anumită
masă, care este destul de mică, este,
de asemenea, puțin nenatural.
Și așa există această
listă întreagă de întrebări
și mistere nerezolvate la
care încercăm să răspundem.
Și modul în care facem asta
este cu camere mari.
Deci acesta este detectorul CMS.
Există o
imagine similară care este în spatele meu.
Vă puteți gândi la
ea ca la o cameră mare care
privește interacțiunea
coliziunii a doi protoni.
Și începe în jurul
acestei regiuni de interacțiune
cu bucăți de siliciu, pe care le
folosim pentru a urmări particulele încărcate care
trec prin.  Am
pus toate acestea
într-un câmp magnetic
și, dacă ascultați
deja 8.02,
cunoașteți
particula încărcată în câmp magnetic,
acestea urmează o curbură.
Și din raza
curburii,
putem calcula
impulsul acelor particule.
Și apoi oprim
particulele pentru a
le măsura energia.
Deci facem asta în kilometri.
Și ceea ce folosim aici este calorimetrul
electromagnetic de tungstat cu plumb
și un al doilea
calorimetru pentru particule
care sunt mai greu de oprit.
Deci acestea se numesc
calorimetre atomice.
Și apoi
partea argintie din mijloc de
aici dă
numele detectorului CMS.
Este solenoidul.
Este un magnet supraconductor de 2-- 3,8 Tesla
.
Și apoi avem mai mulți detectoare
acolo pentru a vedea dacă
unele particule
ar putea scăpa sau nu și
încercăm să le măsurăm și pe acestea.  Mai
e o
poză foarte frumoasă.
După ce ai deschis detectorul,
vezi acest lucru argintiu
în mijloc aici.
Este conducta în
care protonii
zoom prin detector
și se extind în coliziune
în partea centrală a acestuia.
Și apoi facem acele poze.
Iată unul și acesta
este unul foarte faimos.
Este un eveniment candidat Higgs,
în care bosonul Higgs s-ar fi putut
degrada în doi
bosoni Z, iar apoi acei
bosoni Z s-au degradat din nou
într-o pereche de electroni prezentată
aici și o pereche de muoni aici.
Și apoi putem folosi acele
particule individuale
pentru a reconstrui proprietatea
bosonului Higgs.
Iată un alt candidat unde
doi fotoni sunt
reconstruiți.
Și din nou, acești
doi fotoni pot
fi apoi utilizați pentru a
reconstrui, de exemplu,
masa particulei,
care sunt primii doi
protoni originali.
Așa că am făcut asta
în ultimii ani
și am colectat destul de multe date.
Și dacă ne uităm la
totalitatea datelor,
putem face acest complot aici.
Și ceea ce arată acest grafic de aici
este masa particulei
și cuplarea
particulei la câmpul Higgs.
Și ceea ce vedeți, există o
relație liniară în această
diagramă log-log între cele
două, și asta ne oferă o oarecare
încredere că
particula elementară - ca un muon aici,
ca un lepton tau și
un cuarc de fund aici,
ca un  Top quark aici--
ei dobândesc masă prin
cuplarea câmpului Higgs.
Și deci există această
relație liniară -
corespondența
dintre masă și cuplare
la câmpul Higgs.
Grozav.
Deci avem toate acestea
împreună și ne oferă
o teorie completă.
Din nou, există un număr mare
de mistere deschise și întrebări la care am
dori să răspundem.
Și modul în care
îl privesc este că este puțin
asemănător cu explorarea
lui Cristofor Columb.
Deci ceea ce încercăm
să facem este să mergem
la energii din ce în ce mai mari
, la intensități din ce în ce mai mari
pentru a
afla dacă găsim sau nu
primele indicii despre
ceva nou și neexplorat.
Așa că am făcut această descoperire.  Am
făcut descoperirea
bosonului Higgs,
dar dacă această particulă este sau nu cu
adevărat bosonul Higgs
este încă acolo.
Încercăm să o măsurăm
cu din ce în ce mai multă precizie.
Poate găsim abateri
de la proprietățile ei așteptate
la cele pe care le observăm.  În
mod similar, Cristofor Columb,
când a plecat din Spania,
a încercat să ajungă în Indii
sau Asia și, în timpul vieții sale, nu și-a
dat seama că
nu au reușit de fapt
acest lucru.
Și, în mod similar, poate că am
descoperit o nouă particulă
care ne ajută să
înțelegem mai multe
despre structura interioară
a particulei [INAUDIBILĂ].