No Slide Title

Nationaal instituut voor subatomaire fysica
Ivo van Vulpen
Jullie interactie met Nikhef tot nu toe
1) In de media: afgelopen week i.v.m start-up LHC
2) Als IHEF docent (in order of appearance):
Stan Bentvelsen
Marcel Vreeswijk
Auke-Pieter Colijn
Ivo van Vulpen
Paul Kooijman
Justus Koch
Els de Wolf
Wouter Verkerke
Eric Laenen
relativiteitstheorie
bachelorcoordinator
electromagnetisme & numnat
deeltjes fysica I
deeltjesfysica I of II
deeltjesfyscia II
mastercoordinator
honours program
theorie
Nikhef:
“coordinatie (astro-)deeltjesfysica onderzoek in Nederland”
7 onderzoeksgroepen
VU
250 mensen:
Theorie afdeling
UvA
FOM
- 100 technici
- 125 wetenschappers
(55 promovendi)
RuN
UU
Electr. en Mechanische
werkplaatsen
Detector ontwikkeling
Computing (Grid)
samenwerking met
UL
RUG
TU/e
UT
UD
Aujourd’hui:
1. (Astro-)deeltjesfysica in een notendop
Waar doen we als Nikhef aan mee ?
2. Hoe kunnen jullie je steentje bijdragen ?
Natuurkunde
“Krachten en deeltjes”
5/47
Zwaartekracht
“massa”
Newton
Electro-magnetisme
“elektrische lading”
+
+
+
-
Maxwell
Structuur van atomen
Atoom =
kern met electronen eromheen
10-10 m
De natuur op deze schaal (atoom) is niet te begrijpen
met de ‘oude’ natuurwetten
Bijv: Waarom vallen de electronen niet in de kern ?
Zelfde krachten … nieuwe modellen
Relativiteitstheorie
Newton
Einstein
Quantum mechanica
Maxwell
Bohr
Kleiner en nauwkeuriger
De kern bestaat uit protonen en
neutronen. Hoe kan dat ?
10-10 m
1] Positieve deeltjes stoten
elkaar toch af
2] Wat houdt de neutrale
deeltjes bij elkaar ?
10-15 m
2 nieuwe natuurkrachten:
De zwakke en sterke kernkracht
proton
neutron
up
up
down
down
up
down
Natuur opgebouwd uit maar 3 bouwstenen:
 up-quarks, down quark en electron
Huidige status
Deeltjes:
e
e




up
down
charm
strange
Top
Bottom
Salam
Weinberg
Krachten:
1) Electromagnetisch
foton ()
2) Zwakke kernkracht
W+, W-, Z
3) Sterke kernkracht
gluonen (8)
Glashow
4) Zwaartekracht is een vreemde kracht: geen quantum theorie en veel zwakker dan andere krachten
Martinus Veltman
Gerard ‘t Hooft
 Nu kunnen we er ook iets mee uitrekenen
12/47
“Alle metingen in deeltjesfysica
worden in het SM verklaard”
“Het Higgs boson wordt zoals
verwacht bij de LHC ontdekt”
Zeker niet waar …
er zijn nog veel vragen over
Het Standaard Model en zijn mysteries:
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 eigenlijk ?
1
Hebben we nu echt de fundamentele elementaire deeltjes ?
Zijn er nieuwe symmetrieen in de natuur ?
Waarom zijn er slechts drie families van fermionen ?
Zijn protonen echt stabiel ?
2
Waarom is elektrische lading gequantiseerd ?
Waarom is er meer materie dan anti-materie in ons universum ?
Wat is die donkere materie en donkere energie ?
Exploderen quantumcorrecties bij nog hogere energieën ?
Waarom zijn de neutrino massa’s zo klein ?
3
Een van de problemen: Donkere materie
Draaien van clusters
Temparatuurfluctuaties in heelal
Maar 4% van alles
wat we zien in het
heelal zijn atomen !
Wat is de rest ???
Nieuwe modellen, nieuwe krachten ??
2 krachten
Newton/Maxwell
2 krachten
Einstein/ Bohr
10-10 m
4 krachten
Standaard Model
10-15 m
?
10-19 m
We gaan in 2008 kijken wat natuur voor ons in petto heeft
E. Verlinde
… en wiens model werkt
L. Randall
R. Dijkgraaf
E. Witten
De LHC versneller
17/47
[1] kijken met licht
Energie
Röntgen
golflengte
Ultra Violet
10-11 m
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
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 Tunnel
CERN press-release:
probleem
sector
“re-start LHC in maart 2009”
Aan het opwarmen
De Large Hadron Collider (eigenschappen)
~ 3000 x 3000
100 miljard
7 TeV
10 miljoen sec-1
 Door het oog van een naald en wachten op een botsing!
‘gewoon’ even uitrekenen
wat je verwacht
Model 1, 2, 3, …
Klopt het ?
Detectoren
Algemeen en Nikhef’s involvement
25/47
Het grootste fototoestel op aarde
de ‘ATLAS detector’
Muon kamers
SCT
een persoon
Een gat in de grond … ongeveer 100 meter diep
Oude LEP detector
(1990 – 2000)
LHC detector
dwarsdoorsnede
Doorsnede van een LHC detector
impuls en lading
geladen deeltjes
energiemeting
electronen en fotonen
energiemeting hadron
deeltjes (quarks)
detectie van
muonen
Geladen deeltjes herkennen
Barrel SCT
Forward SCT
TRT
Pixel Detectors
Pixels
Silicon Tracker (SCT)
Transition Radiation Tracker (TRT)
80.000.000 kanalen
6.000.000 kanalen
300.000 kanalen
NIKHEF levert hoogwaardige technische expertise
bij de opbouw op CERN
NIKHEF bouwt deel van
de ATLAS detector
SCT, Muon kamers, …
ATLAS SCT detector
Astro-deeltjes
34/47
Ontdekking Kosmische stralen
1890:
observatie: verlies elektrische lading
verklaring: ioniserende straling – radioactiviteit
Elektroscoop
1907: Theodor Wulf [leraar uit Valkenburg]:
elektroscoop in mergelgrot  geen afname
elektroscoop op eifeltoren  zelfde afname
1912: Victor Hess
Experiment: hete luchtbalon tot grote hoogte
Observatie: Intensiteit neemt eerst af en boven 5 km neemt het weer toe
die Höhenstrahlung
Buitenaardse oorsprong
Nobelprijs 1936
Kosmische straling
Gerard van der Steenhoven
p
Victor Hess: Nobelprize 1936
Ontdekking anti-materie,
muonen, pionen
Energie Kosmische straling
(welke deeltjes, hoeveel, welke energie)
1 deeltje /m2 per jaar
Active Galactic
Nucleus
1 deeltje /m2 per jaar
1 deeltje /km2 per jaar
Energy (eV)
Gerard van der Steenhoven
-Quasar
Flux ( m2 sr s GeV)-1
Cygnus
Pierre Auger experiment
Argentinie
1600 tanks, 1.5 km uit elkaar
Meten van zeer
energetische deeltjes
‘shower’
Oorsprong kosmische stralen ?
 Neutrino experimenten (Nikhef)

p

Fotonen ():
geabsorbeerd

Protonen (p):
afgebogen

Neutrino’s (n):
DE BRON
Gerard van der Steenhoven
n
Gerard van der Steenhoven

ANTARES detector
12 string ANTARES detector
n
14.5 m
350 m
Neutrino
Gerard van der Steenhoven
p
Buoy
Junction box
Muon
100 m
~60-75 Nucleus
m
Junction box
Oorsprong deeltjes
Protonen: buigen af in galactisch magnetisch veld
Fotonen: geabsorbeerd door gas
Neutrino’s: kan, maar zeer lastig te detecteren
Schaduw van de maan (muonen)
Oorsprong zeer hoog energetische stralen
Jullie rol
43/47
Mogelijkheden tot verdere
kennismaking…
2e jaar:
- Researchpracticum
- Deeltjesfysica I
- Tweedejaars project
- start januari
- start februari
- start juni
technisch
3e jaars:
- Bachelorsproject
- Deeltjesfysica II
- start april
- start februari
8 weken
Master:
- Particle & Astroparticle Physics (track)
groepjes
1+1 jaar
Voorbeelden
 Research practicum:
- ATLAS muon detector (data analyse)
- Imaging van geladen sporen (R&D)
 Tweedejaars project:
-Dubbel Beta verval zonder Neutrino’s
 Bachelor project:
- Zoeken naar extra ruimte dimensies
Affiniteit met computing niet onbelangrijk
De master P&AP




Theorie
• Deeltjesfysica: Standaard Model (QED, EW, QCD)
• Astrodeeltjesfysica
• Caput colleges (… Higgs mechanisme door mij)
Experiment
• Fysica van deeltjesdetectie
• Statistische data analyse
• Caput colleges
Samenwerking
• Mini-experiment
• CERN summer student (restricted)
Onderzoek
Vragen:
Marcel Vreeswijk
Els de Wolf
Bachelor coordinator
Master coordinator
[email protected]
Backup
Wat hebben jullie met het Nikhef te
maken ?
Het IHEF instituut is deel van de
Natuurkundefaculteit en deel van het
Nikhef
 IHEF (in order of appearance)

Stan Bentvelsen
(relativiteitstheorie)
Marcel Vreeswijk
(bachelorcoordinator)
Auke Pieter Colijn
(electromagnetisme
&
numnat)
Ivo van Vulpen
(deeltjes fysica I)
Mogelijkheden tot verdere
kennismaking…

Tweedejaars
Researchpracticum (start januari)
Deeltjesfysica I (start februari)
Tweedejaars project (start juni)

Derdejaars
Bachelorsproject (start april)
Deeltjesfysica II (start februari)
Voorbeelden

Research practicum (zie rondleiding)
ATLAS muon detector (data analyse)
Imaging van geladen sporen (R&D)

Tweedejaars project
Voorlichting volgt nog
Dubbel Beta verval zonder Neutrino’s
Nieuwe krachten/modellen geven nieuw
inzicht in de begrip van de natuur:
Een neutron kan vervallen:
Voorbeeld: de zwakke kernkracht.
neutron
proton
electron
neutrino
Radio-activiteit:
radio-actieve straling
Strontium
38
+ 52
Yttrium + elektron + neutrino
 39
+ 51
Detectoren: … groot … groter … Pierre-Auger
Fluorecentie:
- Stikstofatomen raken aangeslagen
- Zenden bij verval licht uit
Pierre-Auger observatorium:
Fluorecentie
detectoren
Cherenkov detectoren
Cherenkov:
Relativistische deeltjes door water
 zenden Cherenkov straling uit
- op pampas in Argentinie
- 1600 watertanks paar km uit
elkaar
- Totale opp. 3000 km2 ~
provincie Utrecht
Neutrino-detectoren
Voordeel: Neutrino’s wijzen terug naar bron
Nadeel: Kleine interactie neutrino’s
Detectie-principe:
Te ‘zien’ via Cherenkov straling van muonen
Grote detector nodig
Groot: Antares
/ Amanda
Groter: KM3-net / Icecube
Neutrino
Muon
Nucleus
Verplichte vakken P&AP

Kernvakken:
- Particle Physics I, II (Standard Model)
semester 1
- Astroparticle Physics
- Particle Detection
semester 2

Nikhef project
Mini-experiment:
Ontwerp en bouw deeltjesdetector, neem data en analyseer data,
publiceer
Project management
Keuzevakken P&AP


Statistical Data Analysis
Capita (3 EC):
•
•
•
•
•





Nikhef
Neutrino physics
Beyond the Standard Model
CP violation
Non-perturbative QCD
Programming C++
Quantum Field Theory
Particles and Fields
General Relativity
Cosmology
High energy astrophysics
ITF
API