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Journal Club • 매매 매매매 – 3:45-4:00 매매매 – 4:00-4:45 매매 매 매매매 • 2009 매 1 매 22 매 – HEP 101 • 2009 매 1 매 29 매 – 매매매 • 2009 매 2 매 5 매 - 매매매 • …..

Journal Club 매주 목요일 –3:45-4:00 다과회 –4:00-4:45 발표 및 토론회 2009 년 1 월 22 일 – HEP 101 2009 년 1 월 29 일 – 대칭성 2009 년 2 월 5 일 -

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Journal Club

• 매주 목요일– 3:45-4:00 다과회– 4:00-4:45 발표 및 토론회

• 2009 년 1 월 22 일 – HEP 101• 2009 년 1 월 29 일 – 대칭성• 2009 년 2 월 5 일 - 검출기• …..

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용평 국제입자물리학술대회• 제목 : APCTP 2009 YongPyong (YongPyong Astro-Particle and Conformal Topical Physic

s 2009)• 일시 : 2008 년 2 월 23~27 일• 장소 : 강원도 용평 리조트• 내용 : 세계 3 대 입자물리 겨울 학회

– 북미 (Aspen), 유럽 (Moriond), 아태 ( 용평 )– 핵입자물리연구회 봄미팅과 연계– Plenary 세션 & Parallel ( 끈이론 , 현상론 , 실험 / 컴퓨팅 )

• 주최 : 아태이론물리센터 , 서강대 양자시공간연구센터 , 고등과학원 , KISTI

• 홈페이지 : hep.kisti.re.kr

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High Energy Physics 101

Kihyeon Cho

January 22, 2009

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People have long asked,

• What is world made of? and

• What holds it together?

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• In Ancient time

What is world made of?

water

fire

earth

air

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What is World Made of?

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Standard Model

• t, b, c are heavier than other quarks - heavy flavor quarks

• W, Z, top are stand out from the rest.

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Matter

• Hadron (Quark) - size– Baryon (qqq): proton, neutron– Meson (q qbar): pion, kaon

• Lepton – no size– Point particle

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How to know any of this?(Testing Theory)

• Example

– Light bulb (Source)– Tennis ball (target)– Eye (detector)

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• Accelerators solve two problems:

– High energy gives small wavelength to detect small particles. (Lambda = h /p )

– The high energy create the massive particles that the physicist want to study.(E=mc^2)

How to detect?

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Accelerator design

• Shapes– Linacs (SLAC)– Synchrotrons (Fermilab)

• Collision types– Fixed target (E687, FOCUS)– Colliding beams (CDF, Belle, BTeV) => CM = 1TeV+1TeV => 2TeV

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High Energy Experiment

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Fixed target vs Colliding beams

(total energy)2-(total momentum)2 = invariant in all frames of reference

Assume that 800GeV(Ebeam) proton collides in a fixed target(proton).

Center of mom. frame Laboraroty frame

Total energy: ECM Ebeam+mp

Total momentum: 0 Pbeam

Invariant: ECM2 (Ebeam+mp

)2-Pbeam2

E = [ 2(mp2+Ebeammp) ]1/2 = 38.8GeV

We are enough to 19.4GeV+19.4GeV proton beams in collider !!!Question: What’s the advantage of a fixed target experiment?

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The Fermi National Accelerator Laboratory

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Where is Fermilab?

• 20 mile west of Chicago

• U.S.A

Fermilab

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Fermi National Accelerator Laboratory

Highest Energy Accelerator in theWorld

Energy Frontier: CDF, D0 Search for New Physics (Higgs, SUSY, quark composites,…

Precision Frontier: charm, kaon, neutrino physics(FOCUS, KTeV, NUMI/MINOS,BOONE,…etc.

Connection to Cosmology: Sloan Digital sky survey, Pierre Auger,…

Largest HEP Laboratory in USA

2200 employees2300 users (researchers from univ.)Budget is >$300 million

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Overview of Fermilab

Main Injectorand Recycler

p source

Booster

CDF

D0

Fixed Target

Experiment

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Tevatron Run 1 (1992-1996)

Protons

H source (18 KeV) → Cockcroft Walton accelerator (750 KeV) → Linac (400 MeV) → Booster (8 GeV) → Main Ring (150 GeV) → Tevatron (900 GeV)

Antiprotons Main Ring (120 GeV) → Antiproton Source (Ni) → Debuncher (8 GeV) Accumulator (8 GeV) → Main Ring (150 GeV) → Tevatron (900 GeV)

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Tevatron Run II (2001 – 2010)

• Main Injector (150 GeV proton storage ring) replaces Main Ring

• Pbar improved – Cooling system – a new permanent

magnet recycler

• Increased number of p and pbar bunches (6 36 100 )

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What holds it together?(The four interactions)

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Masses of Fundamental Particles

• t, b, c are heavier than other quarks - heavy flavor quarks

• W, Z, top are stand out from the rest.

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Electromagnetic interactions w/ atoms

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Weak Electro-magnetic

Strong

Range 1/Mw Infinitive 1F=1/m

Typical Lifetime

(sec)

10^-12 or longer

10^-20~10^-16

10^-23

Typical Cross section(m

b)

10^-11 10^-3 10

TypicalCoupling

10^-6 10^-2 1

Summary of interactions

pp 0 pppp

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References

• B.G Cheon’s Summer School (2002)• S.H Yang’s Colloquium (2001)• PDG home page (http://pdg.lbl.gov). K. Cho’s lecture (2004.9.20)