Leerstoel Hoge Energie Fysica

Leerstoel Hoge Energie Fysica
Docent:
Bob van Eijk
en
Leerstoel presentatie
Universiteit Twente
14 Oktober 1998
UT, Enschede, 14/10/'98
Leerstoel Hoge Energy Fysica, Bob van Eijk
1
Inhoud
• Onderwijs aan de
– Het vakgebied Hoge Energie Fysica
– College 1998/1999
• Onderzoek bij het
– Het
experiment bij de LHC op CERN
– Stage en afstudeermogelijkheden bij het
UT, Enschede, 14/10/'98
Leerstoel Hoge Energy Fysica, Bob van Eijk
2
Het vakgebied Hoge Energie Fysica
“Het bestuderen van wisselwerkingen tussen deeltjes”
•
•
•
•
Elektromagnetisme:
Sterke wisselwerking:
Zwakke krachten:
Gravitatie:
bijv. elektronen
 fotonen
atoomkernen
 gluonen
radioactiviteit
 W+, W-, Z0
planetenstelsels etc.  graviton
“Kunnen we een verband leggen tussen
de macroscopische en microscopische wereld ?”
“Elementaire deeltjes”
“Oerknal Theorie”
UT, Enschede, 14/10/'98
Leerstoel Hoge Energy Fysica, Bob van Eijk
3
Het ontstaan van het heelal:
“De Oerknal”
UT, Enschede, 14/10/'98
Leerstoel Hoge Energy Fysica, Bob van Eijk
4
College 1998/1999
• College: “Hoofdstukken uit de Hoge Energie Fysica”
–
–
–
–
–
–
–
–
Code: 141125 (zie studiegids voor details)
3 SP
Donderdag 3 december (7/8), vrijdag 4 december (3/4)
2 * 2 uren (donderdag en vrijdag)
Opgaven worden uitgereikt tijdens het college
Mondeling tentamen in overleg
Beoordeling: middeling resultaten opgaven & tentamen
Leermateriaal:
• Boek: W.J. Griffiths, Introduction to elementary particles, Wiley, ISBN 0 - 471 60386 - 4
• Kopie van de transparanten wordt uitgereikt tijdens het college
UT, Enschede, 14/10/'98
Leerstoel Hoge Energy Fysica, Bob van Eijk
5
De Large Hadron Collider (LHC)
• Proton-proton botser: 7 Tera (1012) eV per proton bundel in 2005
Lengte van de
LHC (LEP) - ring:
26.66 km
UT, Enschede, 14/10/'98
4.7 * 1014 protonen
per bundel
Leerstoel Hoge Energy Fysica, Bob van Eijk
6
De Large Hadron Collider (LHC)
• Proton-proton botser: 7 Tera (1012) eV
0.999999991 * snelheid van het licht
UT, Enschede, 14/10/'98
Leerstoel Hoge Energy Fysica, Bob van Eijk
7
ATLAS
A ToroidaL ApparatuS
• Detector om zoveel mogelijk verschillende deeltjes te detecteren
– het meten van de energie en impuls (en teken van de lading) van elektronen,
fotonen, protonen, neutronen etc.
– het identificeren van een veelheid van deze deeltjes
– het meten van “missende energie” (aan detectie ontsnappende deeltjes …)
• Vereist:
–
–
–
–
uitstekende tracering van geladen deeltjes in de ruimte (impuls)
uitstekende calorimeter om energie van elektronen en fotonen te meten
goede calorimeter om energie van protonen etc. te meten
bovendien: uitstekende groepering van de verschillende sub-detectoren
UT, Enschede, 14/10/'98
Leerstoel Hoge Energy Fysica, Bob van Eijk
8
De ATLAS detector
12 m
32 m
UT, Enschede, 14/10/'98
Leerstoel Hoge Energy Fysica, Bob van Eijk
9
Onderzoek voor
bij het
• Het muon () detectie systeem
– ontwerp en constructie van 96 centrale ‘buitenste detectoren’
• Data acquisitie en botsing selectie (trigger)
– ontwerp en constructie van gecompliceerde data-pad architectuur
(140 miljoen kanalen welke ~ 120 GByte/s aan data produceren)
– ontwikkeling van selectie-algoritmen (software) om de eerste
niveau (hardware) trigger-frequentie te reduceren
(100 kHz  ~ 10 kHz)
• Simulatie en reconstructie van proton botsingen
– software engineering; Object geOriënteerd (OO)
• Centrale detector voor het volgen van geladen deeltjes
– ontwerp en constructie voorwaartse schijven met silicium
strippen detectoren
– ontwerp en constructie van pixel sensoren
UT, Enschede, 14/10/'98
Leerstoel Hoge Energy Fysica, Bob van Eijk
10
Het muon detectiesysteem voor
RASNIK systeem
RASNIK masker
UT, Enschede, 14/10/'98
Leerstoel Hoge Energy Fysica, Bob van Eijk
11
Geladen deeltjes detecteren in
2T solenoidal B-field
30<R<60 [cm]
60<R<120 [cm]
4<R<16 [cm]
Cylindrisch volume: 8m3 (2.2m, L=7m)
UT, Enschede, 14/10/'98
Leerstoel Hoge Energy Fysica, Bob van Eijk
12
“Silicon” strip detectoren
UT, Enschede, 14/10/'98
Leerstoel Hoge Energy Fysica, Bob van Eijk
13
“Silicon” pixel detectoren
Uitleesfrequentie: 40 MHz
50 m
T
PREAMPLIFIER
DISCRIMINATOR
M
 

DL1,DL2, DL3
COINC.
D
500m
UT, Enschede, 14/10/'98
Leerstoel Hoge Energy Fysica, Bob van Eijk
14
Reconstructie sporen van geladen deeltjes
UT, Enschede, 14/10/'98
Leerstoel Hoge Energy Fysica, Bob van Eijk
15
Meerdere stage en
afstudeermogelijkheden...
• Hoge stralingsniveaus dicht bij het interactiepunt van de
bundels in ATLAS
– silicium detectoren op kleine afstand raken beschadigd
– onderzoek naar alternatief sensormateriaal: diamant
• Bundel-telescoop
– apparaat om strip and pixel detectoren te testen in deeltjesbundel
• Snelle “microtrack” afbeelding m.b.v. pixelsensoren
– Training & Mobility of young Researchers (TMR)
– samenwerking met de industrie
• Simuleren van fysicamodellen op de computer
– onderzoek naar eigenschappen van het top quark
– onderzoek naar mogelijke nieuwe wisselwerkingen (bijv. SUSY)
UT, Enschede, 14/10/'98
Leerstoel Hoge Energy Fysica, Bob van Eijk
16
34 
Diamant:
100 
UV-laser scan:
Neg. bias
Pos. bias
single strip scan
330 
growthside
side
growth
0574.006.S s Meas ure data
3.0
10
-2
Only one strip read out.
Right hand strips open.
Left hand strips grounded
Vcc
signal
ionization
²V (rel. units)
substrate side
2.2
10
1.5
10
7.5
10
0.0
bias voltage
charged particle
-2
-2
-3
10
0
111.8
112.0
112.2
112.4
112.6
112.8
X (mm)
UT, Enschede, 14/10/'98
Leerstoel Hoge Energy Fysica, Bob van Eijk
17
Si strip 4
UTM
100
Si strip 3
SC2
Si strip 2
SC1
Si strip 1
Bundeltelescoop:
SC3
SC4
229
Opt. bench
PCIMXI-2
ADC
NIM
VME
H.V. control
for scintillators
UT, Enschede, 14/10/'98
Leerstoel Hoge Energy Fysica, Bob van Eijk
RS 232
Translation
and rotation
table controller
18
TMR programma: “microtrack imaging”
Samenwerking:
Munster University
Amsterdam NIKHEF
TMR coordinator, EBCCD and
Photocathode research
CMOS imagers, Pixel detectors
& VIP tubes
UT, Enschede, 14/10/'98
Berlin Humbold University
Capillary Bundles
Bruxelles ULB
Software, Simulation & Analysis
Haifa Technion
Liquid Scintillator Research
Roma INFN
Liquid Scintillator filling and evaluation
Naples INFN
Megapixel CCD hardware support
Roden Delft Electronic Products
Image Tube production
Leerstoel Hoge Energy Fysica, Bob van Eijk
19
Computer
simulatie van een
botsing
waarbij bottomquarks
geproduceerd
worden en
vervallen
binnen de ATLAS
detector
UT, Enschede, 14/10/'98
Leerstoel Hoge Energy Fysica, Bob van Eijk
20
Rondleiding bij het
• Wanneer ?
–
• Waar ?
– Kruislaan 409
– 1098 SJ Amsterdam
• Programma ?
–
–
–
–
video’s over CERN (Genève) en de ZEUS detector (Hamburg)
bezoek R&D activiteiten en elektronen-versneller
ontmoetingen met afstudeerders, promovendi en staf
borrel en hapje
• Meer informatie ?
– Bob van Eijk: [email protected],
http://www.nikhef.nl/user.local/u86/index.htm
– NIKHEF: http://www.nikhef.nl
UT, Enschede, 14/10/'98
Leerstoel Hoge Energy Fysica, Bob van Eijk
21