320 likes | 581 Views
Eerste resultaten van de Large Hadron Collider op CERN. Paul de Jong, UvA en Nikhef Viva Fysica 2011. 20 November 2009: de LHC is “back in business” 23 November 2009: eerste p-p botsingen 14 December 2009: p-p botsingen 1.18 + 1.18 TeV
E N D
Eerste resultaten van de Large Hadron Collider op CERN Paul de Jong, UvA en Nikhef Viva Fysica 2011
20 November 2009: de LHC is “back in business” 23 November 2009: eerste p-p botsingen 14 December 2009: p-p botsingen 1.18 + 1.18 TeV 30 Maart 2010: p-p botsingen 3.5 + 3.5 TeV April-oktober 2010: p-p run 8 November 2010: 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 6 25 m 174 instituten/universiteiten uit 38 landen
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 N = # events L = luminositeit s = werkzame doorsnede Totaal (“soft”) 2010: ~ 106 p-p botsingen / sec “Trigger”: real time selectie ~ 300 botsingen/sec geregistreerd (450 Mbyte/sec naar disk) W,Z bosons Top quarks Higgs 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
Inner Tracker p+ Ks Kaon ontdekking: 1947 p- Detectie van geladen deeltjes Pixel detector (80M kanalen, 50x400 μm) Silicon strips (6M kanalen, 80 μm pitch) TRT (350k kanalen) Impuls meting in 2 T magnetisch veld 1 m 13
Signalen van p0 g sinds1950 p0 g Calorimeter 14 Electromagnetisch: Liquid Argon sampling calorimeter Hadronisch: Staal + scintillator 8m
15 Harde botsingen: “jets”
Muon Spectrometer 16 • Muon spectrometer: • 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)
m+ ? mass m- Muon-muon resonanties ? 1963 1960 1974 1977 1983 Z werkzame doorsnede in nieuw domain=7TeV Invariante massa van 2 muonen Marcel Vreeswijk (Nikhef/UvA-IoP) 17
m q W n m g q’ n Missing Transverse energy W bosonen Transverse W mass: W decays to muon + (unseen) neutrino. • Missing transverse energy. 18 ~ 250000 verzameld in 2010
19 Top quarks Top quark Ontdekt in 1995 Zwaarste deeltje ooit, 173 GeV Expected signature: EtMiss 2 leptons 2 b jets Marcel Vreeswijk (Nikhef/UvA-IoP)
Top quarks Van >109 botsingen tot ~500 ttbar events! 20
21 top quarks: theorie & experiment Tevatron @ Fermilab: ~ 4000 top quark events LHC haalt Tevatron in 2011 in: top quark eigenschappen, massa, produktie
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
31 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
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