Document

CERN en de LHC
Ivo van Vulpen
Mijn oude huis
Anti-materie
Gebouw-40
•21 cctober, 2006
•Waar is de Anti-materie heen?
ATLAS detector
De large hadron collider:
reis naar het middelpunt van het atoom
Deeltjesfysica
10-15 m
atoom
kern
Wat zijn de bouwstenen van de dingen om ons heen ?
[1] Wow, mooi ! … fascinerende complexe patronen !
[2] Gewoon 4 gekleurde draadjes en simpel symmetrisch patroon
Zwaartekracht en Electromagnetisme
“zelfde krachten … nieuwe modellen”
Relativiteitstheorie
Newton
Einstein
Quantummechanica
Maxwell
Bohr
De kernkrachten
1] Positieve deeltjes stoten
elkaar toch af ?
10-10 m
2] Wat houdt de neutrale
deeltjes bij elkaar ?
2 nieuwe natuurkrachten:
- zwakke kernkracht
- sterke kernkracht
10-15 m
atoomkern
De stand van zaken in oktober 2009
http:// pdg.lbl.gov
De elementaire deeltjes
up
down
up
up
Proton
down
elektron
up
+ 4 natuurkrachten
down
down
Neutron
Wat kan je maken met deze 3 bouwstenen ?
periodiek systeem
van Mendeleev
Alles!
Voorzitter NWO
bouwstenen van
proton/neutron
Deeltjes
Krachten
1) Electromagnetisme
Quarks
2) Zwakke kernkracht
Leptons
elektron
3) Sterke kernkracht
muon
Wat snappen we nog niet:
[email protected]
Paar ‘kleine’ dingetjes:
- 96% van de materie in het heelal is van
een onbekende stof  donkere materie
-Waar is alle anti-materie eigenlijk gebleven ?
- Massa van de deeltjes: het Higgs boson ?
- … extra dimensies, ladingsquantisatie, supersymmetrie, string theorie, …
 Standard Model is ‘effectief’ deel van
een meer fundamentele theorie
Extra dimensies ?
 Model verliest voorspellende waarde
rond 1-10 TeV
Nieuwe fenomenen bij ~ 10-19 m
2009
Supersymmetrie ?
String theorie ?
Edward Witten’s
laatste inzicht.
kijken zonder je ogen te gebruiken
1] Kijken met licht
Licht verstrooit aan objecten die groter zijn dan zijn golflengte
Met je oog kan je niks zien
dat kleiner is dan 10-6 m
IR
10-6 m
UV
2] Kijken met deeltjes
Idee: laat kleine deeltjes afketsen van het object
 deeltjes-microscoop: - klein: elektronen microscoop
- kleinst: protonen microscoop (LHC)
onbekend voorwerp achter een gordijn
… en 100 kogeltjes
bovenaanzicht
?
Hoe ketsen de kogels af ?
Experiment 1
?
?
Experiment 2
?
?
Experiment 1
?
Experiment 2
?
Experiment 3
?
?
Quantum-model
Einstein: E=mc2
‘Kijken’ naar sub-atomaire structuren:
1) Kleine kogels maken:
2) Berekenen wat je verwacht voor een hypothese:
3) Afgeketste deeltjes kunnen bekijken:
Deeltjesversneller
Theorie
Detector
De grootste microscoop op aarde
de Large Hadron Collider (LHC)
op CERN bij Genève
The LHC machine
Versnellen is een eitje
Energie is gelimiteerd door de kracht
van 1232 dipool magneten: B= 8.4 T
•http://public.web.cern.ch/public/en/LHC/Facts-en.html
Energie van 1 proton
in de LHC
Energie LHC bundel
3000 x 100.000.000.000 protonen
Bundel 2
Doorsnede LHC
bundelpijp
Bundel 1
40 miljoen botsingen per seconde
Bundel 1
Bundel 2
Klassiek botsen
Quantummechanisch botsen
proton
proton
Wat verwacht je ?
Klopt het ?
Inderdaad nieuwe fenomenen ?
Hoe zien die botsingen er nou uit ?
quark
quark
Simulatie top quark productie
quark
proton
elektron
proton
neutrino
quark
Onze ‘fototoestellen’
De vier experimenten
LHCb
ATLAS
CMS
Alice
ATLAS detector
45 m lang, 25 m hoog, 7000 ton
De Atlas pixel detector
80 MegaPixel camera 40.000.000 foto’s per seconde
De Atlas SCT detector
Foto in de cleanroom op het Nikhef (Amsterdam)
… hoe ontdek je nou nieuwe dingen ?
Hoe ontdek je nou nieuwe dingen
Nieuwe afstandschaal EN nieuwe detector
Nieuw ?
Normaal
muon
muon
muon
muon
Ja …Higgs
waarschijnlijk
deeltje ? wel
Versneller had een probleem
Detectoren hebben fenomenaal gepresteerd
… hoe staan we ervoor ?
Atmosferische muonen in ATLAS
~25 Hz atmosferische muonen in ATLAS detector
500 miljoen events, 1.2 Pb ruwe data
Projectie oorsprong op grondvlak
Access shaft
LHC roadmap: voorzichtige stappen
shutdown
fysica
2010
2009
j
f mam j
j
a s o n d j
f mam j
j
2011
a s o nd j
S. Myers, okt-2009
wereldkampioen !
Schema LHC:
-
Stap
Stap
Stap
Stap
1:
2:
3:
4:
week 47  450x450 GeV
1.0x1.0 TeV (1 week)
3.5x3.5 TeV (3 maanden)
5.0x5.0 TeV (5 maanden)
http://lhc-commissioning.web.cern.ch/lhc-commissioning/
f mam j
j
a s o n d
Computing
(Grid-) computing
ATLAS: 40 miljoen botsingen/sec
 200 Hz op tape
‘gewoon’ 3000 PC’s
ATLAS produceert 50 Pb per jaar
10 Tier-1 sites (Nikhef/SARA)
CERN grid
We zijn er klaar voor
Deeltjesversneller
Theorie
Detectoren
Meer dan genoeg vragen
… meer dan genoeg ideeën/oplossingen
Heel veel plezier
gewenst vandaag
Vragen:
Ivo van Vulpen E-mail: [email protected]
Vanessa Mexner E-mail: [email protected]
Spin-off: a few examples
Anti-materie in het ziekenhuis: de PET scan
Positron
(anti-elektron)
1) Injectie radionuclide-bevattende stof
 zendt positronen uit [anti-materie]
Radionucleide
2) positron botst op elektron van atoom in het
lichaam  2 fotonen
Voorbeeld van spin-off: “hadron therapie”
Versnellers
Meetapparatuur
Kennis van deeltjes
1954: 1ste patient
1997: 22.000 patienten
Nu: 51.000 patienten
Detectietechnieken: Medipix
Minder dosis
Hogere resolutie
Grote inbreng Nederland (Nikhef)
Omgaan met teleurstellingen
Detectoren hebben wel fenomenaal
gepresteerd
Physics readiness report
1800 pagina’s
Iniatief twee Nikhef AIO’s:
- focus op atmosferische muonen
- participatie in MCnet (Lund)