TÝDEN VĚDY A TECHNIKY 2004 EVROPSKÁ SPOLUPRÁCE VE VĚDĚ A VÝZKUMU ČEŠTÍ VĚDCI V CERN

TÝDEN VĚDY A TECHNIKY 2004

EVROPSKÁ SPOLUPRÁCE VE VĚDĚ A VÝZKUMU

ČEŠTÍ VĚDCI V CERN – ZKUŠENOSTI A APLIKACE

http://server3.streaming.cesnet.cz/av









CERN

CERN

CERN

2003 2004CERN

RNDr. Tomáš Davídek, PhD., Matematicko-fyzikální fakulta UK

Jak se člověk stává fyzikem RNDr. Jiří Chudoba, PhD., Fyzikální ústav AV ČR

Počítače v CERN RNDr. Zdeněk Doležal, Dr., Matematicko-fyzikální fakulta UK

Nadnárodní "firma" na výrobu a testování detektorů

Mgr. Pavel Kundrát, PhD., Fyzikální ústav AV ČR

Aplikace fyziky částic v lékařství Ing. Otokar Dragoun, DrSc., Ústav jaderné fyziky AV ČR

Nobelovská neutrina Představitelé ministerstev ČR:

Ing. Petr Martínek, Ministerstvo zahraničních věcí ČR RNDr. Miloš Chvojka, CSc. , Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR

Mgr. Jaroslav Kolín, Ministerstvo financí ČR


Jak se člověk stává fyzikem

1997



19991998


Jak se člověk stává fyzikem 1998

2003

2000


Jak se člověk stává fyzikem 1998

2003

2003



2004 2004

2004



Experiment ATLAS

Instrumentace modulů kalorimetru Tilecal

Testování kalorimetru ve svazku částic

‘96

Od výsledku ze svazku až k předpovědím pro ATLAS

Test fyzikálních zákonů v praxi ….

RNDr. Jiří Chudoba, PhD., Fyzikální ústav AV ČR

Počítače v CERN

1990

1990

RNDr. Jiří Chudoba, PhD., Fyzikální ústav AV ČR

Počítače v CERN

19992000

Zpracování dat pro Zpracování dat pro LHCLHC

JiJiří Chudobaří Chudoba

Fyzikální ústav AV ČRFyzikální ústav AV ČR

88.1.111.2004.2004 [email protected]@fzu.cz

Z mnoha případů během jedné srážky…

... chceme rozpoznat tento případ

Výběr: 1 z 1013

Jako hledání 1 člověka mezi 1000 násobkem populace Země.

Případy na LHC

88.1.111.2004.20042424

LHC data

• 40 miliónů srážek za sekundu• Po hrubém výběru se zaznamená 100 zajímavých srážek za sekundu• 1 srážka ~ 1 Megabyte zápis 0.1 Gigabyte/sec• 1010 zaznamenaných srážek za rok = 10 Petabyte/rok

CMS LHCb ATLAS ALICE

1 Megabyte (1MB)Digitální fotografie

1 Gigabyte (1GB) = 1000MBFilm na DVD

1 Terabyte (1TB)= 1000GBCelosvětová produkce knih

1 Petabyte (1PB)= 1000TBData za 1 rok z 1 LHC experimentu

1 Exabyte (1EB)= 1000 PBMnožství informací vyprodukovaných na světě za celý rok


LHC data

Data z LHC experimentů za 1 rok by bylo možné uložit na

20 milionech CD!Concorde(15 Km)

Balón(30 Km)

CD s daty z LHCza 1 rok!(~ 20 Km)

Mt. Blanc(4.8 Km)

Kde budou data skladována a jak budou

zpracovávána?


GRIDGRID

počítačová střediska propojena počítačová střediska propojena chytrým software (middleware)chytrým software (middleware)

systém sám dokáže určit optimální systém sám dokáže určit optimální místo pro zpracování úlohymísto pro zpracování úlohy

Projekty:Projekty:– LHC Computing GridLHC Computing Grid– European DataGridEuropean DataGrid– EGEEEGEE


VybavenVybavení na FZÚí na FZÚ

1.11.1.11. 2004 2004 slavnostně slavnostně otevřena nová hala pro otevřena nová hala pro serveryservery

11880 kW 0 kW zálohované elektrické zálohované elektrické zdrojezdroje

klimatizaceklimatizace, UPS, Diesel, UPS, Diesel agregát agregát síťové spojenísíťové spojení

– 1 Gbps 1 Gbps spojení do výzkumné spojení do výzkumné sítěsítě CESNET CESNET

– přímépřímé optic optické spojení ké spojení 1 Gbps 1 Gbps přespřes CzechLight (CESNET- CzechLight (CESNET- Amsterdam- Geneva)Amsterdam- Geneva)

2 x 9 skříní (racks)2 x 9 skříní (racks) místnost pro obsluhumístnost pro obsluhu


Regionální výpočetní Regionální výpočetní centrum pro fyziku centrum pro fyziku částic: farma částic: farma GOLIGOLIÁŠÁŠ

– 32x dual PIII 1.13 GHz32x dual PIII 1.13 GHz– 4949x dual x dual Intel Xeon 3.06Intel Xeon 3.06 GHzGHz– 2x dual 2x dual Intel Xeon 2.8Intel Xeon 2.8 GHzGHz

frontendfrontend– 3x dual AMD Opteron 1.6 GHz 3x dual AMD Opteron 1.6 GHz

1 file server (64 bits)1 file server (64 bits) 2 test2 testovací pracovní uzlyovací pracovní uzly

– DisDisková poleková pole 30 30 TBTB a 10TB a 10TB, ATA , ATA disdiskyky, , 1TB SCSI disky1TB SCSI disky

– 3x HP ProCurve Networking 3x HP ProCurve Networking Switch 2848Switch 2848

– Switch HP4108glSwitch HP4108gl

VybavenVybavení na FZÚí na FZÚ

RNDr. Zdeněk Doležal, Dr., Matematicko-fyzikální fakulta UK


19981991



2001



2001



20042003

Nadnárodní ,,firma“ na výrobu a testování detektorů

Z. DoležalUniverzita Karlova

MFF

22m

46m

ATLAS

ATLAS - vnitřní detektor

Funkce

ID - vnitřní detektor

• určení dráhy (track) - 6 přesných bodů

• určení hybnosti a náboje pomocí zakřivení v magnetickém poli 2 T

• určení polohy vrcholu (primárního, sekundárního)• identifikace některých částic

Kinematické požadavkyPokrytá oblast pseudorapidity ||<2.5 | |>15

Stripový detektor (SCT) 4 přesné body• 4000 modulů, 6,2 mil. kanálů• rozteč stripů ca 80 mikrometrů (strip 23 um)• rozlišení 16 x 580 mikrometrů• rozčlenění na válcovou (barrel) část a dopřednou (disk)

• 4 válce (stripy 80 mikronů x 12 cm)• 9 disků (vějíř, stripy ca 80 mikronů x 12 cm)

1,2 m

5,6 m

p

d= 300m

SiO 2

n-bulk

N+

Al

bia s r inggu ard r i ng

p+

Al

Al

+ + + + + + + + + + + + + + ++ ++ ++ + + ++ +

+++++++++++- - - - - - - - - - - - - - - - - - -

--

C in ter

bias resistors

p+p +

p+

p+

N+

G N D

+ v e b ia s v o lt a ge

Cback

- +- +- +

- +- +- +- +

- +- +

- +- +- +- +

- +- +

- -

Polovodičový stripový detektor

• křemík, 280 mm, VD < 100 V, max. 500 V

• 768 hliníkových stripů

• IL < 6 mA@150 V

• 99% účinnost

• typický signál 25000 elektronů

napájecí kabely

chlazení

optická vlákna

detekční modul

Komponenty SCT

Modul

Stavba modulustrip direction

strip direction

Skládání modulů

Testy modulů

Testy modulů, Praha

ČVUT

UK

MnichovFreiburg

Amsterdam

Ženeva

Účastníci

ČVUT

UK

MnichovFreiburg

Amsterdam

Ženeva

Detektory

ČVUT

UK

MnichovFreiburg

Amsterdam

Ženeva

Hybridy

ČVUT

UK

MnichovFreiburg

Amsterdam

Ženeva

Moduly

ČVUT

UK

MnichovFreiburg

Amsterdam

Ženeva

Disky


Aplikace fyziky částic v lékařství


Aplikace fyziky částic v lékařství

2003 2004

Aplikace fyziky částic v medicíněAplikace fyziky částic v medicíně- Mohou částice léčit?- Mohou částice léčit?

Mgr. Pavel Kundrát, PhD.Mgr. Pavel Kundrát, PhD.

Fyzikální ústav AV ČRFyzikální ústav AV ČR

Fyzika jádra a částic v medicíně (1)Fyzika jádra a částic v medicíně (1) výzkum a možné aplikace: již přes 100 letvýzkum a možné aplikace: již přes 100 let

1895 W.C.Röntgen – RTG záření1895 W.C.Röntgen – RTG záření fyzikální vlastnosti, možné využití v medicíněfyzikální vlastnosti, možné využití v medicíně aplikace: diagnostika – 6 týdnů, terapie – 12 měsíců po objevuaplikace: diagnostika – 6 týdnů, terapie – 12 měsíců po objevu

1896 H.Becquerel – přirozená radioaktivita1896 H.Becquerel – přirozená radioaktivita 1898 M.Curie – radium1898 M.Curie – radium

léčba nádorových onemocněníléčba nádorových onemocnění 1923 G.de Hevesy – radioaktivní značení1923 G.de Hevesy – radioaktivní značení

přesná detekce přesná detekce → → vysoká citlivost, neovlivní fyziologické podmínkyvysoká citlivost, neovlivní fyziologické podmínky 131131I + štítná žláza: kurativní (1938 Hertz, Roberts, Evans)I + štítná žláza: kurativní (1938 Hertz, Roberts, Evans) další izotopy: paliativní léčba; diagnostikadalší izotopy: paliativní léčba; diagnostika

1931 E.O.Lawrence – cyklotron1931 E.O.Lawrence – cyklotron izotopy s krátkou dobou života (1939 J.Lawrence – terapie)izotopy s krátkou dobou života (1939 J.Lawrence – terapie)

1946 R.Wilson – hadronová radioterapie1946 R.Wilson – hadronová radioterapie 1954 J.Lawrence – protonové svazky1954 J.Lawrence – protonové svazky 1974 C.A.Tobias, J.Lawrence – ionty1974 C.A.Tobias, J.Lawrence – ionty 1997 PSI, GSI – aktivní skenování1997 PSI, GSI – aktivní skenování

1951 Wrenn, Brownell, Sweet – pozitronová emisní tomografie (PET)1951 Wrenn, Brownell, Sweet – pozitronová emisní tomografie (PET) 70. léta G.Hounsfield, A.Cormack – počítačová tomografie (CT)70. léta G.Hounsfield, A.Cormack – počítačová tomografie (CT) 1972 Damadian – jaderná magnetická rezonance1972 Damadian – jaderná magnetická rezonance

detektory detektory (filmy, ionizační komory, Geiger-Müllerovy čítače, scintilátory)(filmy, ionizační komory, Geiger-Müllerovy čítače, scintilátory) prostorové rozlišení, nižší zátěž pacientaprostorové rozlišení, nižší zátěž pacienta

výpočetní metodyvýpočetní metody

Fyzika jádra a částic v medicíně (2)Fyzika jádra a částic v medicíně (2)

diagnostické metody: 3D zobrazovací technikydiagnostické metody: 3D zobrazovací techniky počítačová tomografie (CT) – RTG – elektronová hustotapočítačová tomografie (CT) – RTG – elektronová hustota magnetická rezonance (MR, NMR, MRI)magnetická rezonance (MR, NMR, MRI)

polarizace jádra ve vnějším mag. polipolarizace jádra ve vnějším mag. poli měkké tkáně (+ informace o typu tkáně)měkké tkáně (+ informace o typu tkáně)

pozitronová emisní tomografie (PET)pozitronová emisní tomografie (PET) nosič + izotop (nosič + izotop (1818F-deoxyglukosa (FDG), F-deoxyglukosa (FDG), 1111C-methionin)C-methionin) ββ+ + rozpad, koincidence 2rozpad, koincidence 2γγ (511 keV) (511 keV) kinetika farmak, výzkum mozku – nádory, Alzheimerova chorobakinetika farmak, výzkum mozku – nádory, Alzheimerova choroba

terapie nádorových onemocněníterapie nádorových onemocnění biologická účinnost ionizujícího záření: 300 Gy letální … ohřátí o 0.001biologická účinnost ionizujícího záření: 300 Gy letální … ohřátí o 0.001°°CC fotonová radioterapiefotonová radioterapie

fyzikální omezení (exponenciální pokles dávky s hloubkou průniku)fyzikální omezení (exponenciální pokles dávky s hloubkou průniku) brachyterapiebrachyterapie radioaktivní izotop vázaný na selektivně vychytávané látky (štítná žláza + jód) – radioaktivní izotop vázaný na selektivně vychytávané látky (štítná žláza + jód) –

kurativní, paliativníkurativní, paliativní neutronová záchytová terapie (BNCT)neutronová záchytová terapie (BNCT) neutronová terapie (externí svazek)neutronová terapie (externí svazek) svazky pionů svazky pionů ππ--

hadronová radioterapie (protony, ionty)hadronová radioterapie (protony, ionty)

Radioterapie nádorových onemocněníRadioterapie nádorových onemocnění

lokální léčebná metodalokální léčebná metoda přizpůsobit oblast předávané dávky podle tvaru ložiskapřizpůsobit oblast předávané dávky podle tvaru ložiska konvenční radioterapie: fotony, elektrony (konvenční radioterapie: fotony, elektrony (6060Co, linac)Co, linac)

exponenciálně klesající hloubkové dávkyexponenciálně klesající hloubkové dávky ozařování z více políozařování z více polí frakcionacefrakcionace radioterapie s modulovanou intenzitou (IMRT)radioterapie s modulovanou intenzitou (IMRT)

nehomogenní intenzitní profilnehomogenní intenzitní profil pokrytí cílové oblasti vysokou dávkoupokrytí cílové oblasti vysokou dávkou

Hadronová Hadronová radioterapieradioterapie

protony, iontyprotony, ionty(60-250 MeV, 100-400 MeV/u)(60-250 MeV, 100-400 MeV/u) Braggův píkBraggův pík

→ → vysoká konformacevysoká konformace vyšší biologická účinnost vyšší biologická účinnost

(RBE(RBEionion=D=Dxx/D/Dionion)) nepříznivý kyslíkový efekt nepříznivý kyslíkový efekt

potlačen (potlačen (OER=DOER=Dhypoxichypoxic/D/Doxicoxic)) frakcionacefrakcionace online monitoring PETonline monitoring PET

nádory v blízkosti kritických nádory v blízkosti kritických zdravých strukturzdravých struktur

radioresistentní nádoryradioresistentní nádory úspěšnost léčby: zlepšení o úspěšnost léčby: zlepšení o

5-10%5-10% ČR: cca 1000-2000 pacientů ČR: cca 1000-2000 pacientů

ročněročně

Modulace svazku:Modulace svazku:Pasivní rozptylPasivní rozptyl

Modulace svazku:Modulace svazku:Aktivní skenováníAktivní skenování

Hadronová radioterapie vs. IMRTHadronová radioterapie vs. IMRT

fotony - IMRT

protony – IMPT (aktivní skenování, 4 pole)

E.Pedroni, Europhysics News 31, 2000

cílová oblast: nosohltan + lymfatické uzliny (žlutě)

kritické orgány: mozkový kmen, příušní žlázy (červeně)

Hadronová terapie Hadronová terapie ve světěve světě

cca 40 000 pacientů cca 40 000 pacientů (protony + ionty)(protony + ionty)

cca 25 center, dalších 20 cca 25 center, dalších 20 plánováno (USA, Evropa, plánováno (USA, Evropa, Japonsko)Japonsko)

fyzikální centra fyzikální centra → → medicínská střediskamedicínská střediska

Loma Linda (USA) – 1991, Loma Linda (USA) – 1991, HIMAC Chiba (Japonsko) – HIMAC Chiba (Japonsko) – 19941994

Particle Therapy Co-Particle Therapy Co-Operative Group (PTCOG)Operative Group (PTCOG)

projekt ENLIGHTprojekt ENLIGHT

ENLIGHTENLIGHT EEuropean uropean NNetwork for etwork for LIGLIGht Ion ht Ion HHadron adron TTherapyherapy (grant EC, 2002-2005) (grant EC, 2002-2005) využití iontových svazků v radioterapii – fyzikálně technické aspekty, využití iontových svazků v radioterapii – fyzikálně technické aspekty,

indikace, výběr pacientů, ekonomické otázkyindikace, výběr pacientů, ekonomické otázky European Society for Therapeutic Radiology and Oncology European Society for Therapeutic Radiology and Oncology (ESTRO)(ESTRO) European Organization for Nuclear Research (CERN)European Organization for Nuclear Research (CERN) European Organisation for Research and Treatment of Cancer (EORTC) European Organisation for Research and Treatment of Cancer (EORTC) Gesellschaft für Schwerionenforschung GmbH, Darmstadt (GSI)Gesellschaft für Schwerionenforschung GmbH, Darmstadt (GSI) German Cancer Research Center (DKFZ Heidelberg), German Heavy Ion German Cancer Research Center (DKFZ Heidelberg), German Heavy Ion

Project (GHIP)Project (GHIP) Fondazione per Adroterapia Oncologica (TERA)Fondazione per Adroterapia Oncologica (TERA) Karolinska InstitutetKarolinska Institutet ETOILE Project, Université Claude Bernard Lyon 1 ETOILE Project, Université Claude Bernard Lyon 1 Med-Austron, WienMed-Austron, Wien FZR - Project Forschungszentrum RossendorfFZR - Project Forschungszentrum Rossendorf Linköping UniversityLinköping University Hospital Virgen de la MacarenaHospital Virgen de la Macarena Univerzita Karlova v Praze, Fyzikální ústav, Ústav jaderné fyziky AV ČRUniverzita Karlova v Praze, Fyzikální ústav, Ústav jaderné fyziky AV ČR

http://www.estro.be/estro/Index.html









Technické požadavky HTTechnické požadavky HT

dosah ve tkánidosah ve tkáni nádory očínádory očí 2-3,5 cm2-3,5 cm oblast hlavy a krkuoblast hlavy a krku 2-10 cm2-10 cm uvnitř tělauvnitř těla 2-25 cm2-25 cm

potřebná maximální energiepotřebná maximální energie protonyprotony 220-250 MeV220-250 MeV iontyionty až 400 MeV/uaž 400 MeV/u

posun Braggova maxima (1-3 mm) posun Braggova maxima (1-3 mm) →→ kroky změny energie (0,5-1 MeV)kroky změny energie (0,5-1 MeV)

velikost ozařovacího polevelikost ozařovacího pole dávková rychlost dávková rychlost → tok částic→ tok částic urychlovačeurychlovače

cyklotron (IBA, Accel)cyklotron (IBA, Accel) synchrotron (PIMMS, PRAMES, Optivus, Hitachi, Siemens)synchrotron (PIMMS, PRAMES, Optivus, Hitachi, Siemens)

gantrygantry aktivní skenováníaktivní skenování

CyklotronCyklotron

kompaktní (průměr 6m)kompaktní (průměr 6m) pouze protonypouze protony IBAIBA

NPTC Boston, 2001NPTC Boston, 2001 230 MeV230 MeV

fixní energie, nutnost brzdit fixní energie, nutnost brzdit částicečástice

zhoršené parametry zhoršené parametry svazkusvazku

pasivní modulacepasivní modulace

SynchrotronSynchrotron

větší prostorová větší prostorová náročnost náročnost (PIMMS:průměr 23m)(PIMMS:průměr 23m)

variabilní energievariabilní energie lepší kvalita svazkulepší kvalita svazku aktivní skenováníaktivní skenování protony (PRAMES, protony (PRAMES,

Optivus) i ionty Optivus) i ionty (PIMMS, HICAT)(PIMMS, HICAT)

PIMMS (CERN):PIMMS (CERN): protony 60-250 MeVprotony 60-250 MeV uhlík 120-400 MeV/uuhlík 120-400 MeV/u

evropské projektyevropské projekty

HICAT HeidelbergHICAT Heidelberg Heavy Ion Cancer Therapy CentreHeavy Ion Cancer Therapy Centre pp 48-220 MeV48-220 MeV

HeHe 72-330 MeV/u72-330 MeV/uCC 88-430 MeV/u88-430 MeV/uOO 102-430 MeV/u102-430 MeV/u

linac: 5m, 7 MeV/ulinac: 5m, 7 MeV/u synchrotron, průměr 20msynchrotron, průměr 20m gantry 20m x 13m průměr (120t), gantry 20m x 13m průměr (120t),

aktivní skenováníaktivní skenování financování zajištěno - 75 mil. €financování zajištěno - 75 mil. € preklinický provoz 2006, klinický od preklinický provoz 2006, klinický od

20072007

Další evropská centraDalší evropská centra TERA, ItálieTERA, Itálie

finální design, 50% prostředků zajištěnofinální design, 50% prostředků zajištěno ETOILE LyonETOILE Lyon MedAustron, RakouskoMedAustron, Rakousko Karolinska, StockholmKarolinska, Stockholm technologie GSI technologie GSI → → SiemensSiemens

Aktivity v rámci ČRAktivity v rámci ČR interdisciplinární pracovní skupina „Využití ionizujících interdisciplinární pracovní skupina „Využití ionizujících

částic v lékařství a biologii“částic v lékařství a biologii“ 1.LF UK, FZÚ, ÚJF AVČR, ÚJV1.LF UK, FZÚ, ÚJF AVČR, ÚJV

neutronová záchytová terapie (BNCT)neutronová záchytová terapie (BNCT) klinické testy - ÚJV Řež , ÚJF AV ČR, Nemocnice Na Homolce, klinické testy - ÚJV Řež , ÚJF AV ČR, Nemocnice Na Homolce,

Onkologická klinika 1.LF UK a VFNOnkologická klinika 1.LF UK a VFN hadronová radioterapiehadronová radioterapie

PRAMES (1996-2000)PRAMES (1996-2000) Onkologie 2000 – PIMMS (gantry)Onkologie 2000 – PIMMS (gantry) studie „Onkologické centrum s hadronovou radioterapií“, FZÚ studie „Onkologické centrum s hadronovou radioterapií“, FZÚ

AVČR, květen 2002 AVČR, květen 2002 http://weber.fzu.cz/projekty/medicine/studie.pdf

od r.2002 ENLIGHTod r.2002 ENLIGHT modelování mechanismu biologického účinku ionizujících částicmodelování mechanismu biologického účinku ionizujících částic

detailní pravděpodobnostní modeldetailní pravděpodobnostní model přesné zachycení podílu přežívajících buněkpřesné zachycení podílu přežívajících buněk identifikace rozdílů mezi protony a těžšími ionty v inaktivačním identifikace rozdílů mezi protony a těžšími ionty v inaktivačním

účinku jednotlivých částicúčinku jednotlivých částic

http://weber.fzu.cz/projekty/medicine/studie.pdf

http://weber.fzu.cz/projekty/medicine/studie.pdf

Ing. Otokar Dragoun, DrSc., Ústav jaderné fyziky AV ČR

Nobelovská neutrina

Ing. Otokar Dragoun, DrSc., Ústav jaderné fyziky AV ČR

Nobelovská neutrina

Kulatý stůl na AV ČR v rámci Týdne vědy a techniky 2004

Nobelovská neutrinaOtokar Dragoun, Ústav jaderné fyziky AV ČR

[email protected]

Jak dochází k novým objevům?

1) Nečekaně při experimentálním výzkumu jiných jevů(objev Rentgenova záření, objev atomového jádra)

2) Experimentálním potvrzením teoreticképředpovědi

(objev pozitronu, objev slabých neutrálních proudů v CERN, objev neutrina)

N e u t r i n o

navrhl do teorie W. Pauli v roce 1930 jako „zoufalýpokus“ zachránit zákon zachování energiev jaderném rozpadu

E. Fermi vypracoval teorii rozpadu s neutrinem,souhlasila s experimentem, ale neutrino byloneměřitelné

Po čtvrt století F. Reines a C. Cowan prokázaliexistenci neutrin z atomového reaktoru(Nobelova cena F. Reinesovi 1995)

Co již víme o neutrinech?

společně s fotony jsou nejpočetnějšímičásticemi ve Vesmíru, ale pro člověkanepředstavují žádné nebezpečí

jsou elektricky neutrální

vyskytují se ve třech druzích: e , ,

a vzájemně se přeměňují (oscilují)

podle současné teorie patří spolu se 6 kvarkya 3 nabitými leptony mezi 12 základníchčástic

mají energii v rozmezí 10-4 až 1020 eV

s hmotou interagují zcela nepatrně a proto jejejich registrace krajně obtížná

Co o neutrinech ještě nevíme?

jakou mají hmotnost (kolik „váží“)? liší se od antineutrin?

Odpověď čekáme od experimentu

Neutrina z přírodních zdrojů:

termojadernou reakcí ve SlunciNa Zemi dopadá 60 miliard e na cm2 zasekundu.Jejich první radiochemický 615 tunový detektorv hlubokém dole Homestake v USA registrovalprůměrně 1,5 neutrina za den

(Nobelova cena R. Davisovi,Jr. v roce 2002)

Nedávno byla vyřešena 30tiletá záhada nedostatku slunečních neutrin: model Slunce je správný, neutrina se samovolně přeměňují z jednoho typu na druhý. Potvrzeno i atmosférickými a reaktorovými neutriny. (budoucí Nobelova cena?)

srážkami částic kosmického záření s atmosférouZemě

při výbuchu supernovynapř. ze SN 1987a ve vzdálenosti 170 000světelných let. Z původních 1058 neutrinemitovaných během několika sekund se středníenergií 15 MeV jich 1016 prolétlo čerenkovskýmdetektorem Kamiokande v Japonsku. Pro 12z nich se podařilo určit energii a dobu příletu.

První detekce neutrin mimo naši galaxii (Nobelova cena M. Koshibovi v roce 2002)

pozůstatek po Velkém třesku: reliktní neutrinas nepatrnou energií asi 0,5 meV100 150 dvojic ( + anti ) v každém cm3

Vesmíru

rozpadem přirozených radionuklidůnapř. řady 238U, 232Th a 40K (poločasy 109-1010

let): zdroj tepla uvnitř Země?Prvních 9 geoneutrin pozoroval 2004 podzemnídetektor KamLAND v Japonsku

V lidském těle je 140 g draslíku, z toho je 0,0117% přirozeně radioaktivního 40K. každý z nás vysílá do Vesmíru ~4000 neutrinza sekundu. Poletí tam možná statisíce let.S lidskou činností to nijak nesouvisí.

Neutrina vytvořená člověkem: rozpadem radionuklidů vyrobených zejména

v reaktorech v jaderných reakcích s energií až stovek GeV (CERN a další)

Jak zkoumají neutrina v CERN?

Tři příklady experimentů s urychlovačovýmineutriny:

1. Objev slabých neutrálních proudů

Před třiceti lety byla vybudována nová teoriemikrosvěta – Standardní model elektroslabýchinterakcí.

Vysvětlovala řadu experimentálních faktů,předpovídala nový druh vzájemného působení částictzv. slabými neutrálními proudy (bez výměny náboje)

Jejich existenci prokázal CERN v roce 1973 sesvazkem v bublinové komoře Gargamelle

2. Neutrina z ženevského CERN do podzemnílaboratoře v italském Gran Sasso

Cíl: výzkum samovolných přeměn -

Protony z urychlovače SPS s energií 400 GeVvytvoří při nárazu na grafitový terč piony a kaony.Ty se budou rozpadat ve vakuovém potrubí oprůměru 2,5 m dlouhém 1 km.

Vznikne svazek letící zemí 730 km do detektoruv Gran Sasso.Experiment začne na jaře 2006.

3. Intenzivní čistý svazek e nebo anti

Uvažovaný projekt:

Radioaktivní ionty 6He nebo 18Ne budou obíhats vysokou energií v akumulačním prstenci.

Neutrina vzniklá v přímé 2,5 km dlouhé částiprstence poletí 130 zemí do podzemního detektoruve francouzském Fréjus.

Jak se snažíme určit hmotnost neutrin ?

Teoretická předpověď zatím chybí

Změřená hmotnost elektronu me= 510 998,9180,44 eV

Nejpřesnější metodou modelově nezávislého určeníhmotnosti neutrina je měření tvaru spektra záření βVyžaduje však „fantastickou, řekl bychakrobatickou přesnost“ (B. Pontecorvo, 1980)

Hmotnost elektronového neutrina, přesněji m,

m,e 2 000 eV 1949 m,e 55 eV 1956 m,e 30 eV 1980 m,e 17 000 eV 1985 m,e

2 0 ?? 1990 m,e

2,3 eV 2004

m,e ? 0,2 eV 2013

Areál výzkumnýchústavů v Řeži u Prahy

Ústav jaderné fyzikyAkademie věd ČR

Jak zkoumají neutrina fyzikové AV ČR?

Ústav jaderné fyziky v Řeži u Prahy mádlouholetou tradici v precizní elektronovéspektroskopii radionuklidů

Dosáhli jsme nejlepší spektrální rozlišení v tétooblasti, 1 eV, ale s malou světelností(rozlišení kontra světelnost – detaily se spektrunebo slabé efekty: problém všech spektroskopií)

Naším spektrometrem jsme určili vlastnostielektronového děla pro spektrometr novéhotypu na hledání m,e ve spektru plynného tritia(ÚJV v Troicku v Moskvy, m,e

2,8 eV)

Elektronový spektrometrÚstavu jaderné fyzikyAV ČR v Reži

Část spektra elektronů radioaktivníhozdroje 99mTc změřeného s rekordnímenergetickým rozlišením

Pátrali jsme se záporným výsledkem poneutrinu s hmotností 17 keV ve spektrech 241Pu (v Řeži společně s SÚJV Dubna)

a 35S (společně s Tech. univerzitou v Mnichově)

Velká experimentální výzva. Physics Todayv květnu 1991: “Čtyři z pěti nových experimentůdokazují existenci 17 keV neutrina“

Jeden z nás se zúčastnil neutrinovéhoexperimentu na univerzitě v Mainzu sesoučasným nejlepším výsledkem m,e

2,3 eV

V roce 2001 jsme se stali společně s německými,americkými a ruskými fyziky spoluzakladateli

projektu KATRIN(Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment)

Cíl: Do roku 2008 vybudovat nový spektrometr

- vakuová komora (průměr 10 m, délka 24 m,vakuum 10-9 Pa)

- bezokénkový zdroj plynného tritia- rozlišení 1 eV u energie 18,6 keV- světelnost 18 % 4

Do roku 2013 dosáhnout citlivost m,e = 0.2 eV(deseti násobné zlepšení vůči současnému stavu)

Náš úkol: kalibrace energetické stupnice lepšínež 1 eV a monitorování stability s relativnípřesností 1-2 miliontiny (vývoj fyzikálníchstandardů)

Závěr

Experimentální neutrinová fyzika je modernívědecká disciplina, prudce se rozvíjí.

Vzhledem k pronikavosti neutrin otvíráprincipiálně nové možnosti výzkumu

Poskytuje důležité informace pro fyziku částic,astrofyziku a kosmologii

Blíží se první aplikace

Na výzkumu neutrin se podílejí i čeští odborníci (ÚJF AV ČR, ÚTEF ČVUT, MFF UK)

„Národ, který nerozvíjí vědu, se měnív kolonii“ Frédéric Joliot-Curie

Spolu s manželkou Irenou objevili umělou radioaktivitu a dostali za to Nobelovu cenu

„Národ, který nerozvíjí vědu, se měnív kolonii“ Frédéric Joliot-Curie

Spolu s manželkou Irenou objevili umělou radioaktivitu a dostali za to Nobelovu cenu


Jak se člověk stává fyzikem RNDr. Jiří Chudoba, PhD., Fyzikální ústav AV ČR

Počítače v CERN RNDr. Zdeněk Doležal, Dr., Matematicko-fyzikální fakulta UK



Aplikace fyziky částic v lékařství Ing. Otokar Dragoun, DrSc., Ústav jaderné fyziky AV ČR

Nobelovská neutrina Představitelé ministerstev ČR:

Ing. Petr Martínek, Ministerstvo zahraničních věcí ČR RNDr. Miloš Chvojka, CSc. , Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR

Mgr. Jaroslav Kolín, Ministerstvo financí ČR

Date post:	12-Jan-2016
Category:	Documents
Upload:	erling
View:	27 times
Download:	0 times

TÝDEN VĚDY A TECHNIKY 2004 EVROPSKÁ SPOLUPRÁCE VE VĚDĚ A VÝZKUMU ČEŠTÍ VĚDCI V CERN

Documents