<jupyter_start><jupyter_text>Hiukkasfysiikka Hiukkasfysiikka on fysiikan ala, joka tutkii aineen rakennetta sekä vuorovaiktuksia. Kokeellinen hiukkasfysiikan tutkimus perustuu hiukkasten kiihdyttämiseen ja törmäyttämiseen toisiinsa tai johonkin kiinteään kohteeseen. Tämä voidaan toteuttaa _hiukkaskiihdyttimillä_. Törmäyksiä tutkitaan _hiukkasilmaisimilla_.Maailman suurin hiukkaskiihdytin, Large Hadron Collider (LHC), sijaitsee CERN:ssä, Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksessa. LHC on 27 kilometriä pitkä ympyränmuotoinen synkrotronikiihdytin. Se sijaitsee tunnelissa noin 100 metrin syvyydessä Ranskan ja Sveitsin rajalla (kuva 1).![title](../../Kuvat/LHC.png)*Kuva 1: LHC ja sitä ympäröivät neljä tutkimusasemaa. [1]*Vuonna 2012 ATLAS ja CMS tutkimusryhmät CERN:ssä ilmoittivat löytäneensä uuden hiukkasen, jonka massa vastasi Higgsin bosonin ennustettua massaa. Higgsin hiukkanen ja sitä vastaava Higgsin kenttä selittävät muiden hiukkasten massan alkuperän. <NAME> ja <NAME>, jotka ennustivat Higgsin bosonin teoreettisesti, saivat työstään fysiikan Nobelin vuonna 2013.Katso CERN:n esittelyvideo alapuolelta.<jupyter_code>from IPython.lib.display import YouTubeVideo
YouTubeVideo('PHP13tTjidA')<jupyter_output><empty_output><jupyter_text>Lisää tietoa mm. CERN:ssä tehtävästä tutkimuksesta ja tutkimuksen tavoitteista löydät CERN:n kotisivuilta https://home.cern/.  Hiukkasten kiihdyttäminen LHC kiihdyttää pääasiassa protoneja, jotka ovat peräisin vetykaasupullosta. Protoneita tuotetaan poistamalla elektronit vetyatoomeista sähkökentän avulla.Kiihdytysprosessi alkaa jo ennen LHC:tä. Ennen LHC:en saapumistaan protonit kiihdytetään ensin sähkö- ja magneettikenttien avulla muissa kiihdyttimissä. Näiden jälkeen protoneiden energia on 450 GeV.  Protonit ohjataan nipuiksi kahteen eri protonisäteeseen. Jokaisessa säteessä on 2808 protoninippua ja jokaisessa nipussa $1\text{,}2\cdot 10^{11}$ protonia.Protonisäteet ohjataan kahteen eri putkeen, joissa protonit kiertävät eri suuntiin. Esikiihdytyksen jälkeen protonit ohjataan suoraan LHC-kiihdyttimeen. Kuvassa 2 näkyy osa avattua LHC-kiihdytinputkea, jonka sisällä näkyvät protoniputket.![title](../../Kuvat/LHC2.jpg)*Kuva 2: Avattu osa LHC-kiihdytinputkea. [2]*Hiukkasia törmäytetään, kun vastakkaisiin suuntiin kulkevat protonisäteet törmäävät. Kun kaksi protoninippua ohittavat toisiinsa, tapahtuu kuitenkin vain noin 20 törmäystä. Prononinippujen suuren nopeuden takia LHC:ssä niput ohittavat toisensa kuitenkin noin 40 miljoonaa kertaa sekunnissa. Tämä tarkoittaa 800 miljoonaa törmäystä sekunnissa.Törmäyksen maksimienergia on 14 TeV. Käytännössä törmäyksen energia on kuitenkin pienempi, sillä protonien sijaan niiden sisällä olevat kvarkit ja gluonit törmäävät toisiinsa. Näin ollen kaikki protonien energia ei siirry törmäykseen.Protonien törmätessä törmäysenergia voi muuttua massaksi ($E=mc^2$). On siis mahdollista, että törmäyksessä syntyy uusia hiukkasia. Törmäyksissä syntyneitä hiukkasia tutkimalla ja mittaamalla tutkijat pyrkivät ymmärtämään paremmin esimerkiksi pimeää ainetta, antimateriaa sekä aineen rakennetta. Törmäystä ja siinä syntyviä hiukkasia on visualisoitu kuvassa 3. Nämä hiukkaset on havaittu CMS-ilmaisimella.![title](../../Kuvat/eventdisplay.png)*Kuva 3: Törmäyksen visualisointi [3].*Tässä oppimiskokonaisuudessa käytetään ja analysoidaan CMS-kokeen tuottamaa avointa dataa hiukkasten törmäyksistä. Katso CMS:n esittelyvideo osoitteesta alapuolelta<jupyter_code>from IPython.lib.display import YouTubeVideo
YouTubeVideo('S99d9BQmGB0')<jupyter_output><empty_output>
{'fraction_non_alphanumeric': 0.05102326885337819, 'fraction_numerical': 0.01457807681525091, 'mean_word_length': 7.202298850574713, 'pattern_counts': {'":': 0, '<': 11, '<?xml version=': 0, '>': 11, 'https://': 1, 'lorem ipsum': 0, 'www.': 0, 'xml': 0}, 'pii_count': 0, 'substrings_counts': 0, 'word_list_counts': {'cursed_substrings.json': 0, 'profanity_word_list.json': 0, 'sexual_word_list.json': 0, 'zh_pornsignals.json': 0}}
{'chain_length': '2', 'dir': 'jupyter-structured-clean-dedup', 'id': '475785', 'license': 'CC-BY-4.0', 'n_tokens_mistral': 1617, 'n_tokens_neox': 1463, 'n_words': 354, 'path': 'Opetusmateriaalit/AvoinDataHiukkasfysiikassa/1_HiukkasfysiikanTutkimus.ipynb', 'repo_name': 'cms-opendata-education/cms-jupyter-materials-finnish', 'size': '3582'}