Document

LHCb: een introductie
Niels Tuning (Nikhef)
Overzicht
1. Materie en anti-materie
2. LHC versneller
3. B-fysica
4. LHCb detector
5. Activiteiten B-fysica groep
6 jan 2009
LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning
2/33
Astronomie
Deeltjes
fysica
Fundamenteel
(nieuwsgierigheid gedreven)
onderzoek
6 jan 2009
LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning
3/33
De aardse materie
periodiek systeem
van Mendeleev
6 jan 2009
LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning
4/33
Deeltjesfysica
Bestudeert de natuur op afstanden < 10-15 m
10-15 m
atoom
kern
Quantum theorie beschrijft alle metingen tot 10-18 m
Is dit alles?
quarks
Generatie:
I
II
III
Lading
u
c
t
+2/3 e
d
leptons
e
(1976)
(1995)
s
b
(1947)
(1978)
m
t
-1 e
0e
(1895)
(1936)
(1973)
ne
nm
nt
(1956)
(1963)
-1/3 e
(2000)
Materie
•Fundamentele deeltjes en deeltjesversnellers
6 jan 2009
LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning
6/33
De elementaire deeltjes
quarks
Generatie:
I
II
III
Lading
Lading
I
II
III
u
c
t
+2/3 e
-2/3 e
u
c
t
-1/3 e
+1/3 e
d
s
b
t
d
leptons
e
(1976)
(1995)
s
b
(1947)
(1978)
m
t
-1 e
+1 e
e
m
0e
0e
ne
nm nt
(1895)
(1936)
(1973)
ne
nm
nt
(1956)
(1963)
(2000)
Materie
6 jan 2009
Anti-materie
LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning
7/33
Hoe maak je anti-materie??
Albert Einstein:
E=mc2
materie + antimaterie = licht !
(en vice versa)
e+
ee+ e-
6 jan 2009
LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning
8/33
Vraag: Waar is de anti-materie gebleven?
Geen anti-materie
met satellieten
6 jan 2009
Geen anti-materie
sterrenstelsels
LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning
9/33
De grootste microscoop op aarde
de Large Hadron Collider (LHC)
op CERN bij Genève
De Large Hadron Collider
LHC: 27 km
A10: 32 km
Geneve
6 jan 2009
Amsterdam
LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning
11/33
The LHC machine
Energie is gelimiteerd door de kracht
van 1232 dipool magneten: B= 8.4 T
6 jan 2009
LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning
12/33
De LHC op 10 september
doorsnede LHC bundel
Bundel heeft ronde gemaakt
6 jan 2009
LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning
13/33
Energie 1 proton (LHC)
Energie LHC bundel
3000 x 100.000.000.000 protonen
Bundel 2
Doorsnede LHC
bundelpijp
Bundel 1
6 jan 2009
LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning
14/33
40 miljoen botsingen per seconde
Bundel 1
Bundel 2
6 jan 2009
LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning
15/33
Pech: 19 september
Test magneten op volle kracht
Kortsluiting tussen 2 magneten
Groot helium lek
Meerdere magneten moeten gerepareerd
6 jan 2009
LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning
Sector 34
16/33
LHCb
ATLAS
CMS
6 jan 2009
ALICE
LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning
17/33
6 jan 2009
LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning
18/33
Muon det
Calo’s
RICH-2
OT+IT
Magnet
RICH-1
VELO
Installation is complete
6 jan 2009
LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning
19/33
Vraag: Waar is de anti-materie gebleven?
Echte vraag: Zijn er nieuwe deeltjes en krachten?
• Zijn er nieuwe deeltjes die bijdragen aan de CP-schending?
• CP-schending is gerelateerd aan verschil tussen materie en anti-materie
“Positive charge is the charged
carried by the lepton preferentially
produced in the decay of the longlived neutral K meson”
A  K L  e n

“Box” diagram: ΔB=2
b
s


2

 A K L  e n



2
“Penguin” diagram: ΔB=1
s
b
b
s
μ
μ
6 jan 2009
LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning
20/33
CP-schending: nieuws uit 2008
Nobelprijs (½) voor Kobayashi & Maskawa
• KM voorspelden in 1972 de 3de generatie
quarks om CP-schending in het SM te verklaren
A  gweak Wm J m 


J m    u 1 1   5  m VCKM  d
2
u, c, t
W
gweak
Toshihide Maskawa
15-12-2008
6 jan 2009
Jμ+
d, s, b
Makoto Kobayashi
LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning
21/33
21
Meten van complexe getallen!
We meten quark koppelingen
Er is een complexe phase in de koppelingen
eiφ
e-iφ
matter
Meetbaar als er
2 amplitudes een rol spelen:
anti-matter
Γ( B f) = |A1+A2ei(φ+δ)|2
Γ(Bf) = |A1+A2ei(-φ+δ)|2
Bewijs van bestaan van complexe getallen…
6 jan 2009
LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning
22/33
CP-schending: nieuws uit 2008
(CDF & D0 data)
Nieuwe deeltjes in Bs mixing ??
~eiφB
SM:
NP:
Bs
b
W
s
b
Bs
s
6 jan 2009
t
s
W
t
b̃
g̃
s̃
x
x
S.M.:  0
Bs
b
s̃
g̃
b̃
s
3 effect
Bs
?
b
LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning
23/33
B-physics Mission
Search for new particles or forces via their virtual loop contributions in B decays
1) CP Violation:
Search for CP asymmetries incompatible with Standard Model fits.
 Allows to study phases of coupling
constants in New Physics
For example:
B  J / 
s
“Box” diagram: ΔB=2
b
s
15-12-2008
6 jan 2009
2) Rare Decays:
Search for enhanced Branching
Fractions or decay distributions that
deviate from Standard Model
For example:
B  K *m  m 
“Penguin” diagram: ΔB=1
s
b
b
s
μ
μ
LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning
24/33
24
6 jan 2009
LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning
25/33
De LHCb Vertex
Locator
• Detectors in Vacuum
• Beweegbaar voor LHC injectie
• CO2 koeling tot -7oC
• Bescherming voor RF-velden
15-12-2008
6 jan 2009
φ coordinate
LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning
26/33
De LHCb Vertex Locator
6 jan 2009
LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning
27/33
De LHCb Vertex Locator
05-09-2008 TED run 32474
6 jan 2009
LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning
28/33
De LHCb Outer Tracker
C-Frames:
9+9 Modules
Module
Straw
6 jan 2009
LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning
29/33
De LHCb Outer Tracker
10-09-2008 Beam1 run 33062
6 jan 2009
LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning
30/33
De LHCb detector doet het
Voor-aanzicht
LHCb detector
6 jan 2009
Zij-aanzicht
LHCb detector
LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning
31/33
De LHCb detector doet het
6 jan 2009
LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning
32/33
Activiteiten in B-fysica groep op Nikhef
Vertex reconstruction (open VELO)
1. Detectoren
– Vertex Locator
OT Linearity (online monitoring)
– Outer Tracker
=290 mm
2. Reconstructie
3. Fysica Analyse
700 vertices / min.
OT alignment
(with OT drifttimes)
B lifetime reconstruction
BsJ/ψ
Angular assymetry BK*mm
Δy (mm)
Determine resolution from negative t
Proper time (ps)
6 jan 2009
LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning
33/33