Presentatie prof. dr. Paul de Jong

Eerste resultaten van de Large Hadron Collider op CERN
Paul de Jong, UvA en Nikhef
Viva Fysica 2011
20 November 2009:
23 November 2009:
14 December 2009:
30 Maart 2010:
April-oktober 2010:
8 November 2010:
de LHC is “back in business”
eerste p-p botsingen
p-p botsingen 1.18 + 1.18 TeV
p-p botsingen 3.5 + 3.5 TeV
p-p run
Pb-Pb botsingen
~ 1 miljard p-p botsingen geregistreerd
2
Pakketjes van 1011 protonen
Oktober 2010: 348 + 348 pakketjes
(Later: 2808 + 2808)
Injektie in de LHC: 450 GeV
Versnellen tot 3.5 TeV (later: 7 TeV)
Cruciale parameter: luminositeit
Doel 2010: 1032 cm-2 s-1
 Doel bereikt
Piek luminositeit
105
3
Proton pakketjes: naald
Dipolen, quadrupolen, versnel-elementen
Bundels samenknijpen bij
interaktie-punten
4 interaktie-punten
4 grote detectoren
4
ATLAS experiment
25 m
174 instituten/universiteiten uit 38 landen
6
Het Standaard Model
Materie deeltjes
Kracht deeltjes
Higgs deeltje
8
Een (anti)proton is een zak quarks en gluonen
(partonen)
Een harde pp botsing: botsing tussen partonen
Typisch 2 a 3 p-p botsingen per “bunch crossing”
Meeste botsingen “soft”: schampschoten
Slechts een fractie is interessant (Higgs: 1 : 1010)
Energie per botsing = 2P√(x1x2)
9
N=L.s
Totaal (“soft”)
N = # events
L = luminositeit
s = werkzame doorsnede
2010: ~ 106 p-p botsingen / sec
“Trigger”: real time selectie
~ 300 botsingen/sec geregistreerd
(450 Mbyte/sec naar disk)
10
11
2010: ~ 5000 Tbyte data
Gekopieerd naar 10 grote analyse centra
(o.a. Nikhef/SARA, Amsterdam Science Park)
Verdere distributie naar instituten
data analyse op PC’s en laptops
12
Energie in
calorimeters
Sporen van
Geladen deeltjes
Muon spoor
Detectie van geladen deeltjes
Pixel detector (80M kanalen, 50x400 μm)
Silicon strips (6M kanalen, 80 μm pitch)
TRT (350k kanalen)
1m
Impuls meting in 2 T magnetisch veld
Inner
Tracker
p+
Ks
p-
13
Kaon
ontdekking:
1947
Calorimeter
14
Electromagnetisch:
Liquid Argon sampling calorimeter
Hadronisch:
Staal + scintillator
8m
Signalen van p0
p0
g
g
sinds 1950
15
Harde botsingen:
“jets”
Muon Spectrometer
Muon spectrometer:
1200 muon kamers
350k drift buizen
(“air core” toroidaal veld 0.5 T)
Ontworpen voor TeV muonen
Physics signals show up!
Z boson
CERN, 1983
Mass: 91.19 GeV
Marcel Vreeswijk (Nikhef/UvA-IoP)
16
Muon-muon resonanties ?
1963
1960
?
1974
1977
m+
mass
1983
m-
Z werkzame doorsnede
in nieuw domain=7TeV
Marcel Vreeswijk
(Nikhef/UvA-IoP)
Invariante
massa
van 2 muonen
17
W bosonen
m
Transverse W mass:
q
W
m
n
n
g W decays to muon + (unseen)
q’ neutrino.
 Missing transverse energy.
Missing
Transverse energy
18
~ 250000 verzameld in 2010
19
Top quarks
tt ® ben ebmn m
Expected signature:
EtMiss
2 leptons
2 b jets
Marcel Vreeswijk (Nikhef/UvA-IoP)
Top quarks
tt ® bln l bqq
Van >109 botsingen tot
~500 ttbar events!
20
top quarks: theorie & experiment
Tevatron @ Fermilab: ~ 4000 top quark events
LHC haalt Tevatron in 2011 in: top quark eigenschappen, massa, produktie
21
Zoeken naar nieuwe deeltjes
Eerdere resultaten van zoektochten van:
LEP: e+e- , √s = 200 GeV (CERN)
Tevatron: p anti-p, √s = 2 TeV (Fermilab)
Is 7 maanden LHC competitief met 25 jaar Tevatron?
Geintegreerde luminositeit:
Tevatron: 10 fb-1
(verwacht 10000 events voor σ = 1 pb)
LHC: 0.04 fb-1
(verwacht 40 events voor σ = 1 pb)
 Ja, door de hogere energie
22
Higgs deeltje: staat centraal in Standaard Model
Standaard Model: unificatie zwakke / electromagnetische int.
Higgs deeltje geeft massa
aan Z en W deeltjes
Maar Higgs massa zelf
is onbekend!
23
2010: niet voldoende data
uitsluiting
2011: betere vooruitzichten
Bij absentie van signaal:
exclude 130 GeV < mH < 400 GeV
Bij signaal: ontdekking mogelijk
voor 135 GeV < mH < 180 GeV
5 fb-1 nodig om gat met
LEP te dichten
ontdekking
24
Jet-jet resonanties
Gevoelig voor
“excited quarks”:
q*  q + gluon
Met 3.1 pb-1 zetten we een
limiet op de massa van excited
quarks:
m(q*) > 1.53 TeV @95% CL
(Tevatron: 0.8 TeV)
25
Materie deeltjes
Het Standaard Model
Kracht deeltjes
bosonen
Higgs deeltje
fermionen
26
Supersymmetrie
27
?
bosonen
fermionen
sleptons
gluinos
neutralinos
squarks
Hoe zoeken we naar supersymmetrie bij de LHC?
Simulatie!
 In eerste instantie zoeken naar squarks en gluinos
28
Vers van de pers:
Som van energie van alle jets, leptonen en
missende energie (GeV)
Nog geen aanwijzingen voor squarks/gluinos in 2010 LHC data …
Limieten overtreffen eerdere experimenten
29
Pb Pb botsingen
(November 2010)
Pb:
82 protonen
126 neutronen
Centrale botsing:
Nucleonen “smelten”
tot quark-gluon plasma
Fase overgang in hadronische
materie
Vermoedelijk ook ~ 10-6 s
na de oerknal
30
UvA studenten kunnen meedoen in de zoektocht!
UvA volwaardig lid van ATLAS experiment
Kansen voor: bachelor projekten
master projekten
zomerstudent op CERN
promotieplaatsen
-- meebouwen aan detektoren
-- achter de knoppen zitten op CERN
-- programmeren
-- analyse van LHC botsingen
31
Vooruitzichten:
LHC werkt fantastisch, maar we zijn nog maar net begonnen!
Nog veel meer data in de pipeline, bij hogere energie
LHC run 2011: start 21 februari 2011
energie: 3.5 TeV of 4 TeV per bundel
data sample 25 (of meer) keer zo groot als in 2010
waarschijnlijk ook 2012
2013: implementeren verdere beveiliging van magneten
klaarmaken voor energie van 7 TeV per bundel
>2014: lange LHC run met 7 TeV per bundel, veel luminositeit
18 maart: masterclass voor bovenbouw VWO, zie http://www.nikhef.nl
bestuderen van echte LHC botsingen
hands-on oefeningen
32