Highschool students

Fundamenteel onderzoek naar elementaire deeltjes
Ivo van Vulpen
= Nationaal Instituut voor Kern en Hoge Energie Fysica
structuur van atomen
Rutherford:
negatief geladen electronen rond
een kleine positief geladen kern
10-10 m
Bohr:
Specifieke electron banen en
quantum mechanica
Steeds kleiner en kleiner en kleiner en kleiner:
kern bestaat uit protonen en neutronen
10-15 m
Atoomkernen en de electromagnetische kracht:
• Wat houdt al die positief geladen protonen bij elkaar ?
Positieve deeltjes stoten elkaar toch af ?
• Wat houdt die neutrale deeltjes eigenlijk bij elkaar ?
• Als een vrij neutron maar 900 s leeft waarom
vervallen atoomkernen dan niet ?
Er zijn meer krachten: zwakke en sterke kernkracht
Is het proton een positief geladen
puntdeeltje …. of niet ?
10-15 m
proton
Dit kan je niet zien met een gewone microscoop …
De golflengte van het licht is veel te groot om een atoomkern te ‘voelen’
(1) Kijken met licht
Energie
Rontgen
10-11 m
golflengte
Ultra Violet
Infra rood
10-6 m
(2) ‘kijken’ met deeltjes
Quantum mechanica: deeltjes zijn ook golven
Deeltjes met hoge energie in deeltjesversneller
 microscoop voor afstanden kleiner dan een proton
 ~ 10-18 m
Is het proton een positief geladen
puntdeeltje …. of niet ?
10-15 m
electron
electron
Nee! Het proton blijkt opgebouwd uit quarks
proton
neutron
up
up
down
up
down
down
Bouwstenen:
Massa:
Lading:
Levensduur:
938 MeV
+1
∞
939 MeV
0
900 sec
Periodiek systeem der elementen
H
De 3 bouwstenen:
• up quark
Au
• down quark
• electron
Waterstof
Goud
H = 1 proton + 1 e2x
+1x
+1x
Au = 79 protonen + 118 neutronen + 79 e276 x
+ 315 x
+ 79 x
Elementaire deeltjes ... er blijken 3 families te zijn
(I)
(II)
(III)
e
e




up
down
charm
strange
Top
Bottom
Krachten ... 3 krachten (quantum theorie)
1) Electromagnetisch
2) Zwakke kernkracht
3) Sterke kernkracht
foton ()
W+, W-, Z
gluonen (8)
4) Zwaartekracht is een vreemde kracht: geen quantum theorie en veel zwakker dan andere krachten
Veel open vragen die het Standaard Model niet beantwoordt:
 Kan de zwaartekracht niet toetreden tot het Standaard Model ?
 Wat is de oorsprong van de massa van de deeltjes ? (Higgs boson)
 In hoeveel dimensies leven we ?
 Hebben we nu echt de fundamentele elementaire deeltjes ?
 Zijn er nieuwe symmetrieen in de natuur ?
 Waarom zijn er slechts drie families van fermionen ?
 Waarom is er meer materie dan anti-materie in ons universum ?
 Zijn protonen stabiel ?
 Wat is die donkere materie en donkere energie ?
 Wat zullen we observeren bij nog hogere temperaturen of energiën ?
 Waarom zijn de neutrino massa’s zo klein ?
De grootste miscoscoop op aarde
de ‘Large Hadron Collider’ (LHC)
op CERN bij Genève
Hoe groot is de LHC eigenlijk ?
Amsterdam
De CERN versneller tunnel
27 km lang, 100 m
onder de grond
De LHC magneten
De Tunnel
De Tunnel
De Large Hadron Collider (eigenschappen)
~ 3000 x 3000
100 miljard
7 TeV
10 miljoen sec-1
Totale LHC energie:
600.000 miljard muggen
60 x energie Bugatti Veyron met 360 km/uur
 Door het oog van een naald en wachten op een botsing!
Albert Einstein
Op CERN spelen we Einstein:
1) Energie omzetten in massa (deeltjes)
2) Onderzoek naar de eigenschappen
van de deeltjes en krachten
‘gewoon’ even uitrekenen
wat je verwacht
Klopt het ?
Het grootste fototoestel op aarde
de ‘ATLAS detector’
Een gat in de grond … ongeveer 100 meter diep
Juli 2003
Oktober 2004
Juli 2005
Hoe gaat het vandaag met ATLAS ?
http://atlaseye-webpub.web.cern.ch/atlaseye-webpub/web-sites/pages/UX15_webcams.htm
Woensdag 7 Januari 2006
Oude LEP detector
CMS detector
dwarsdoorsnede
Doorsnede van de CMS detector
impuls en lading
geladen deeltjes
energiemeting
electronen en fotonen
energiemeting hadron
deeltjes (quarks)
detectie van
muonen
NIKHEF bouwt deel van
de ATLAS detector
… en ook van de LHCb
en de ALICE detector
ATLAS SCT detector
Een typische botsing
Computing ‘problemen’:
1) Heeeeeel veel opslagruimte:
1 Mb per event  1000 Tb/jaar
2) Heeeeeel veel computers:
 minimaal 9000 computers
GRID: verdeel rekenkracht en opslag
over de hele wereld.
 NIKHEF een van de eerste
Bewaren:
100 per seconde
Analyseren: 90 seconde
Samenvatting
Het NIKHEF doet fundamenteel onderzoek
(de bouwstenen van de natuur)
De LHC gaat bijna beginnen ... NIKHEF doet mee!
Meer informatie: Gabby.Zegers @ nikhef.nl of Ivo.van.Vulpen @ nikhef.nl