BpSM 2013.10. - Müller Viktor: Megállíthatnánk-e a HIV-járványt, ha igazán ak...
BpSM 2012.11. - Barnaföldi Gergely Gábor: Kincskeresés kozmikus részecskékkel
1. Kincskeresés kozmikus
részecskékkel
Barnaföldi Gergely Gábor, Bencédi Gyula,
Hamar Gergely, Melegh Hunor Gergely, Oláh László,
Surányi Gergely, Varga Dezső
REGARD csoport & Magyar ALICE Csoport
Budapest Science Meetup
Budapest, 2012. november 15.
2. Kincskeresés kozmikus
müonokkal
Barnaföldi Gergely Gábor, Bencédi Gyula, Hamar Gergely,
Melegh Hunor Gergely, Oláh László, Surányi Gergely,
Varga Dezső
REGaRD csoport & Magyar ALICE Csoport
Simonyi Nap, Wigner FK
Budapest, 2012. október 16.
3. De hát miért ilyen?
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 3
4. De hát miért ilyen?
a Tejút vagy Galaxis ahol élünk...
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 4
5. Tartalom
● A kozmikus sugárzás és felfedezése
● Kozmikus sugárzás alkalmazása
● Gáztöltésű detektorok (ALICE & REGARD)
● A REGaRD müontomográf
● Kincskeresés Magyarországon
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 5
6. I. A kozmikus sugárzás és felfedezése
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 6
7. A kozmikus sugárzás története
● Elektroszkóp elveszti a töltést
● Wulf szerzetes (1909): kísérletek
az iskolában és környék
homokkőbányáiban.
● Eredetileg a kőzetre gyanakodtak,
de a bányában lassabban.
● Párizsi egyetem + Eiffel torony:
magasabban erősebb a sugárzás
● Viktor Hess (1912) hőlégballonos
mérés 6 km-ig. (Nobel: 1936)
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 7
8. A kozmikus sugárzás története
● Elektroszkóp elveszti a töltést
● Wulf szerzetes (1909): kísérletek
az iskolában és környék
homokkőbányáiban.
● Eredetileg a kőzetre gyanakodtak,
de a bányában lassabban.
● Párizsi egyetem + Eiffel torony:
magasabban erősebb a sugárzás
● Viktor Hess (1912) hőlégballonos
mérés 6 km-ig. (Nobel: 1936)
● Carl Anderson: pozitron (1932)
● Powell: a müonok nehéz
elektronok (1947)
● Pierre Auger, Jánossy Lajos
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 8
9. A kozmikus sugárzás tulajdonságai
● Energiaeloszlás:
N(>E) = k*(E+1)-a
● E a részecske energiája [GeV];
● N(>E): az E-nél nagyobb
energiájú részecskék száma;
●
k≅5000 részecske/m2;
● a≅1.6
● Szögeloszlás:
Φ(θ) ⁓ cosm(θ)
● A θ a függőlegestől mért
úgynevezett zenitszög
● m=2, de van földrajzi szélesség és
magasság függése is.
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 9
10. A kozmikus sugárzás eredete
● Primer kozmikus sugárzás:
● A világűrből érkező
nagyenergiás részecskék
●
Elsősorban p (89%), He2+
(10%), e-, egyéb magok (1%)
● Akár 1020 eV energiával is.
● Szekunder részecskék
● Pionokat, kaonokat keltenek
● Elektronokká, müonokká
bomlanak
● Müon: egyszeres negatív töltés,
200 szoros elektron tömeg: μ-
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 10
11. II. A kozmikus sugárzás alkalmazása
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 11
12. Az LHC és legnagyobb kísérletei
ATLAS
CMS
ALICE
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 12
13. Ennél van nagyobb energia is...
Hozam
Egy részecskegyorsító 10-15 év
LHC energiák felett van-e
kísérleti lehetőség?
Természetesen, igen:
SPS
● CERN SPS ~20 GeV
● RHIC BNL, LEP ~100 GeV LEP
● LHC ~10 TeV RHIC
● Kozmikus ~1 EeV
Persze, tervezzük a következőt: LHC
● LeHC
● SLHC
A kozmikus részecskék gyakorisága
Energia
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 13
14. A kozmikus sugárzás alkalmazása
● Ütközések „ingyen”:
● A világűrből érkező
nagyenergiás részecskék
●
Elsősorban p (89%), He2+
(10%), e-, egyéb magok (1%)
● Akár 1020 eV energiával is.
● Szekunder részecskék: pion,
kaon → elbomlik: e-, μ-
● Detektorok kalibrálása
● Amíg nem ment az LHC, addig
a nagy kísérletek kozmikus
sugárzást mértek.
● Kozmikus háttér mérése
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 14
15. Kincskeresés müontomográffal
● Elv: kozmikus „röntgenkép”
● Első alkalmazás L.W. Alvarez:
rejtett kamrák keresése a Kefren
piramisban. (1957)
● Fizikai eredmény:
Nincsenek titkos kamrák a
Kefren piramisban
● Igazi eredmény:
Nem kell szétfúrni a piramist!
L. Alvarez et al.: Search for Hidden
Chambers in the Pyramids, Science, 167,
832-839, 1970.
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 15
16. Müontomográf alkalmazások
● Nap Piramisa (Mexikó)
R. Alfaro, V. Grabski: Searching for possbile hidden chambers in the Pyramid of Sun.
● Vulkánvizsgálat (Japán,)
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 16
19. Gáztöltésű detektorok – GM cső
● Geiger-Müller számláló
● H. Geiger, E. Rutherford W. Müller
● 1908 H. Geiger-cső
● 1928 W. Müller tökéletesíti
● Működés
● Nagy elektromos térbe érkező
töltött részecske, ütközve a gáztér
részecskéivel elektronlavinát kelt.
● Az elektronlavina már mérhető pl.
106 elektron
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 19
20. Gáztöltésű detektorok – MWPC
● Sokszálas kamra (MWPC)
● Georges Charpak (1924 -)
● 1968 sokszálas kamra
● Töltött részecskéket mér
● 1992 Nobel díj
● Működés
● Azonos a GM csőével, csak sokkal
több anódszál van benne.
● Nagyobb térfogat.
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 20
21. A REGARD csoport és tevékenysége
● Detektorfejlesztés
● Mikro-mintázatú detektorok
● Gáz-elektronsokszorozó, GEM
● Sokszálas kamrák (MWPC)
● Saját fejlesztés: CCC
● Közel-katódos kamra (CCC)
● Nem érzékeny
● Extrém körülményekre is
● Olcsón előállítható
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 21
22. A REGARD csoport és tevékenysége
● CERN-es fejlesztések
● Trigger detektor fejlesztése az
LHC ALICE kísérlet VHMPID
moduljához (HPTD).
● TPC az NA61/SHINE CERN
kísérlethez
● Alkalmazott kutatások
● Radondetektor
● PET detektor
● Müontomográf
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 22
23. III. A müontomográf
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 23
24. A müontomográf szerkezete
● Müontomográfia:
● Nagyenergiás müonok
szögeloszlásának mérése
● 1 vagy 2 dimenziós eloszlások
vizsgálata koincidenciában.
● Ehhez sokszálas kamrák
kellenek, de azok macerásak.
● A 2-dimenziós CCC kamra
● Direkt 2D mérés
● ArCO2-vel töltött aszim-
metrikus kadódos kamrák
● Nem (nagyon) érzékeny
deformációkra, hőmérsékletre
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 24
26. A REGARD müontomográf
ALICE VHMPID fejlesztés mellékterméke...
● 4 közelkatódos kamra (CCC)
● Érzékeny felület: 32 cm x 32 cm
● Hermetikus plexi dobozban
● Könnyen kezelhető:
térfogat: 51 x 46 x 32 cm3
Teljes súly: 13 kg
● DAQ rendszer
● Egyszerű: LCD, SD kártya
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 26
27. Egyszerű teszt:ólomtömb „müonképe”
● Müontomográfia:
● A müonok elnyelődnen a
nagyon sűrű anyagokban
(pl. ólomban)
● Lehet-e látni az ólomtömb
„müon-árnyékát”?
● kb. 30 kg. ólom
● IGEN: müontomográffal
● Lila (kevés müon jön)
● Piros (sok müon jön)
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 27
28. Egyszerű teszt:ólomtömb „müonképe”
● Laboratóriumi körülmények
● Abszorber torony:
tömeg: 150 kg
térfogat: 20 x 20 x 50 cm3
● Adatfelvétel azonos pozícióban:
toronnyal / torony nélkül
● 7 M esemény, 10 napos mérés
● 20% müon hozam csökkenés
(Ábra: toronnyal és torony
nélkül mért fluxusok aránya)
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 28
29. DÖME mérése az EK-ban
● DÖgnehéz MérőEszköz
● 8.5 t vas a régi Erzsébet-hídból
● II. Világháború előtti vas (nincs
atombomba szennyezése)
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 29
30. 90
Az ELTE kép Sr forrással
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 30
36. Budapest kincse: Molnár János barlang
● Termál barlang a városban
● Új barlang: 10-100 ezer éves
● 99%-a víz alatt van
● több forrás is táplálja.
● 1860: Molnár János patikus
● 1977: Kessler Hubert, 180m
● Jelenleg: 6000-7000m
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 36
37. Budapest kincse: Molnár János barlang
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 37
38. Budapest kincse: Molnár János barlang
Virtuális túra Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 38
47. Pilis kincse: Ajándék barlang
● Ajándék barlang (Ariadné):
természetes barlangrendszer a
Pilisben
Feltárások:1973-2012
Magyarország egyik legnagyobb
barlangrendszerének tagja.
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 47
49. Mérési környezet paraméterei
● Ajándék barlang (Ariadné):
természetes barlangrendszer a
Pilisben
Feltárások:1973-2012
Magyarország egyik legnagyobb
barlangrendszerének tagja.
● Mérés:
2-4 m-es rejtett járatokat
keresünk
50 nap mérési adat (!)
Gázrendszer és akkumulátorok a
barlang bejáratánál 100 m kábel
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 49
51. A Pilisi hegyoldal rekonstrukciója
● A Pilis hegyoldal alulról
● Piros vonalak:
GPS alapján számított
kőzetvastagság
● Árnyékolás:
Mért müonok száma,
ami a mélységre utal
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 51
56. ALICE és REGARD
KUTATÓINK
BGG1, Bámer Csaba2, Bencze György1, Bencédi Gyula1,2, Hamar Gergő1,
Horváth Péter1, Kiss Gábor2, Kovács Levente1,2, László András1, Lévai Péter1,
Lipusz Csaba1, Márton Krisztina2, Melegh Hunor3, Oláh László2,
Surányi Gergely4, Varga Dezső2, Zalán Péter1
RÉSZTVEVŐ INTÉZETEK
1
MTA Wigner KF Részecske- és Magfizikai Intézet
2
Eötvös Loránd Tudományegyetem, Komplex Rendszerek Fizikája Tsz.
3
Budapesti Műszaki és Közgazdagságtani Egyetem,
4
MTA-ELTE Geológiai, Geofizikai és Űrtudományi Kutatócsoport,
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 56
57. ALICE és REGARD
Köszönjük a
KUTATÓINK
figyelmet!
BGG1, Bámer Csaba2, Bencze György1, Bencédi Gyula1,2, Hamar Gergő1,
Horváth Péter1, Kiss Gábor2, Kovács Levente1,2, László András1, Lévai Péter1,
Lipusz Csaba1, Márton Krisztina2, Melegh Hunor3, Oláh László2,
Surányi Gergely4, Varga Dezső2, Zalán Péter1
RÉSZTVEVŐ INTÉZETEK
1
MTA Wigner KF Részecske- és Magfizikai Intézet
2
Eötvös Loránd Tudományegyetem, Komplex Rendszerek Fizikája Tsz.
3
Budapesti Műszaki és Közgazdagságtani Egyetem,
4
MTA-ELTE Geológiai, Geofizikai és Űrtudományi Kutatócsoport,
Barnaföldi GG: Kincskeresés kozmikus müonokkal - VPG 2012.10.27 57
61. Adatgyűjtő rendszer (DAQ)
● PIC32 alapú DAQ HMI
● Minden funkció egy fő alaplapba van
integrálva
● Kis egység:
középső CCC kamrák közé helyezve
● Nagy-feszültségű tápegység:
1100 V a jelszálaknak, -600 V a PS
térformáló szálaknak és a katódnak
● Teljes energia fogyasztás:
380 mA 12 V-on (< 5 Watt)
● Trigger elektronika:
● CCC kamrák jelszálainak közös jele
biztosítja DAQ triggert HV
● trigger hatásfok: 93.1 %
14
62. Adatgyűjtő rendszer (DAQ)
● PIC32 alapú DAQ
● Minden funkció egy fő alaplapba van
integrálva
● Kis egység:
középső CCC kamrák közé helyezve
● Nagy-feszültségű tápegység:
1100 V a jelszálaknak, -600 V a PS
térformáló szálaknak és a katódnak
● Teljes energia fogyasztás:
380 mA 12 V-on (< 5 Watt)
● Trigger elektronika:
● CCC kamrák jelszálainak közös jele
biztosítja DAQ triggert
● trigger hatásfok: 93.1 %
15