De magische wereld van het allerkleinste De magische wereld van

De magische wereld van het allerkleinste
De magische wereld van het allerkleinste
Viva Fysica, 26 januari 2017
Ivo van Vulpen
Wereld van het allergrootste
maan
Geo stationair
35786 km hoogte
Andre
d e Kuipers
u pe s
28000 km/uur
F G
m1m2
r2
2/45
- Gekromde ruimte-tijd
- E =mc2, zwarte gaten, …
- Tijd kan
k uitrekken
it kk
(GPS)
het toneel
de acteurs
Afstandsschalen in de natuur
Erik van Heumen
Erik Verlinde
LHC
10-35
10-25
Jo van den Brand
Erik Verlinde
deeltjesfysica
10-10
10+15
spiral galaxies
spiral galaxies
Planck length
Planck length
Bouwstenen van de materie & krachten
CERN in Genève, Zwitserland
Zoektocht naar de elementaire b
bouwstenen van de natuur
d
DNA
Wereldrecord: 10-20 [m]
t
atoom
de wereld van de
quantummechanica
atoomkern
kleiner en kleiner
Waarom, … waarom, … waarom ?
De wereld van het atoom
1) elektron vallen niet op de kern
2) kerndeeltjes kleven aan elkaar
3) maar 2 elektronen in 1e baan
4) quantisatie elektrische lading
15 m
10-15
nlm (r, ,)  Rnl (r) Ylm ( ,) s,sz
Ronald Hanson
Bas Hensen
Quantum onderzoek in 2016
Standaard Model
The Standard Model
Elementary particles
Interactions
up-quark
up
quark
u
c
t
down-quark
d
s
b
l k
elektron
e
μ
τ
neutrino
νe
νμ
ντ
3 forces: 12 gauge bosons
muon
Standaard Model raar ? Gerri Eickhof,
Eickhof … die is pas raar
E =
2
mc
Nieuwe deeltjes maken
D Large
De
L
H d
Hadron
C llid (LHC)
Collider
op CERN bij Genève
25/52
?
2
E=mc
Iets reconstrueren uit overblijfselen
Iets reconstrueren uit overblijfselen
muon of electron ?
Identificatie
konijn of mens ?
Transitions in the Standard Model
+
μ
proton
p
q
gluon
γ/Z
q
γ/Z
q-
p
proton
γ/Z
foton
μdetector
μ+
selection
Events/0.4 GeV (GeV)
E
data vs simulations
μ-
ATLAS Preliminary
√s = 7 TeV, 4.1 fb-1
MZ
di-muon invariant mass (GeV)
model parameters
Heavy particle production:
the Z‐boson
the Z boson
MZ = 91.1876 ± 0.0021 GeV
ΓZ =
2.4952 ± 0.0023 GeV
1 miljard foto’s per seconde
computing
p
g
1.000.000.000
foto’ss per seconde
foto
1000 bewaren
per seconde
Higgs boson
deeltjes
anti-deeltjes
de stabiele
wereld
Het Standaard Model
Peter Higgs
1964, 1 pagina
“Het
Het vacuum is niet leeg”
leeg
Higgs boson decay to 4 leptons
Higgs boson decay to 2
photons
h t
μ+
top
higgs
γ
top
hi
higgs
Z
γ
Z
CMS di-photon event
ATLAS 4 lepton event
μμ+
μ-
Higgs boson decay to 4 leptons
Higgs boson decay to 2
photons
h t
μ+
top
higgs
γ
top
γ
hi
higgs
Z
Z
ATLAS+CMS: mh = 125.09 ± 0.21(stat) ± 0.11(syst) GeV
μμ+
μ-
Nobelprijs natuurkunde 2013
“Er is een Higgs-veld in het vacuum”
François Englert
Peter Higgs
Structure of the Standard Model
of the Standard Model
interactions
force carriers
fermion masses
gauge boson masses
Hi
Higgs
b
boson
de problemen
Some more problems
Standard Model problems
Baryogenesis:
Asymmetry between matter
and anti-matter
anti matter
SM
dark matter
Dark Matter:
No DM candidate in
the Standard Model
dark energy
Vacuum energy:
prediction (Higgs)
>1050
observation
Heerlijk … een probleem!
Standard Model is not the final theory
Extra dimensions
Gauge unification
Standard
Model
New gauge
fields/structure
Supersymmetry
Dark
matter
Extra Higgs bosons
Ak iH
Arkani-Hamed’s
d’ llatest
t t id
idea
Most models predict new phenomena/particles ~ 1 TeV
De oplossing ?
bekende deeltjes
fantasie deeltjes
donkere materie deeltje ?
1 miljard foto’s per seconde
storage rate = 750 Hz
Liu Bolin
Donkere materie
Supersymmetrie – model met een natuurlijke plek voor donkere materie
sterren, planeten,
gas,
gas pulsars,
pulsars …
donkere
energie
donkere
materie
deeltje uit een spiegelwereld ?
deeltjes
anti-deeltjes
de stabiele
wereld
donkere materie deeltje
supersymmetrische deeltjes
Bestaat er een verborgen spiegelwereld ?
Supersymmetry
FERMIONS
quarks
leptons
BOSONS
u
c
t
d
s
b
e
μ
τ
νe
νμ
ντ
s-quarks
s-leptons
quarks and leptons
squarks and
sleptons
γ
gaugino’s
Z
W+
W-
gauge bosons
Supersymmetry
Solves hierarchy problem
Loop effects: fermion = -scalar
Unification
of coupling
constants
Additional symmetry
# fermions = # bosons
single gauge group
Link #quarks to # leptons ?
quantum gravity
Higgs potential
Dark matter candidate
Lightest particle is stable
Looking for new particles
Looking for new particles
proton
?
Dark Matter
proton
Can we produce it at the LHC ?
does it couple to SM particles
Can we see it at the LHC ?
not directly
Open SUSY parameter space
arXiv:1612.06333
Signalen die we
totvannu
toeWim
nog
nietSascha
hebben
kunnen
zien
Melissa
Beekveld,
Beenakker,
Caron, Ruud
Peters, Roberto
Ruiz de Austri
… maar de komende 2 jaar (misschien) wel:
SUSY (pMSSM)
Fine-Tun
ning (FT)
- we snappen de detector beter
parameters points that
with exper. data
- we weten nu precies waar we moeten agree
zoeken
Too data
much fine-tuning needed
- we krijgen 10x(100x) meer
to reproduce SM parameters
Excluded (LE
EP
chargino)
- we hebben een lichting
g scholieren die allemaal
natuurkunde gaan studeren om ons te helpen.
Excluded (ΓZ, Higgs)
Too low ΩDMh2
Too high ΩDMh2
Excluded
(LUX)
Relic density ΩDMh2
ΩDM,Planckh2 = 0.1186
ATLAS experiment
Schatgraven bij de LHC. Nu!
Next 2 years 10x more data
N t 10 years 100
Next
100x more d
data
t
Many unsolved mysteries
Access to new energy
gy regime
g
Exciting
g times for ((dark matter)) searches at the LHC
!
@IvovanVulpen