Thomas Lohse Humboldt-Universität zu Berlin Informationsveranstaltung der jDPG, 28.08.2009

1. Elemetarteilchenphysik am Large Hadron Collider (CERN) Die spannendsten Fragen der modernen Grundlagenforschung Thomas Lohse Humboldt-Universität zu Berlin Informationsveranstaltung der jDPG, 28.08.2009

2. H Higgs …und Antimaterie Das Standardmodell

3. elektromagnetische Kraft (Photon) starke Kraft (Gluon) Atomkerne H Higgs schwache Kraft aus radioaktiven Zerfällen Atomhüllen Ursprung der Massen? HIGGS BOSON Das Standardmodell

4. Peter Higgs Das Higgs-Teilchen • Higgs-Kraftfeld erfüllt das Universum • Teilchen spüren Higgs-Feld als zähes Medium • Zähigkeit hängt von Teilchentyp ab ... Zähigkeit  Teilchenmasse Problem: Higgs-Teilchen hat selbst große Masse.  Herstellung erfordert LHC-Energie.

5. Higgs-Felder in Sozialstrukturen ... ein Bankett auf einer Physik-Konferenz

6. Higgs-Felder in Sozialstrukturen ... ein berühmter Physiker kommt herein

7. Higgs-Felder in Sozialstrukturen ... je berühmter, desto zäher sein Fortkommen, desto größer seine effektive Masse

8. 22% Dunkle Materie 4% Materie des Standardmodells 74% Dunkle Energie Doch! Wir kennen mal gerade 4%! Das Weltall – Unendliche Weiten Ist da sonst gar nichts mehr?

9. Galaxien-Rotationskurven  Eine Evidenz (von vielen) für Dunkle Materie v(r) r Galaxiemasse M • Dunkle-Materie-Teilchen •  • Supersymmetrie ? • > 3 Raumdimensionen ?

10. Der LHC Beschleunigerkomplex

11. Der LHC Beschleunigerkomplex LHC: 27 km Umfang Kollisionen von 7 TeV Protonen 22800 Pakete mit je 1011 Protonen t25ns zwischen Paket-Kollisionen

12. Der LHC Beschleunigerkomplex ATLAS-Detektor: Higgs, Dunkle Materie, Extra Dimensionen, …

13. Der LHC Beschleunigerkomplex CMS-Detektor: Higgs, Dunkle Materie, Extra Dimensionen, …

14. Der LHC Beschleunigerkomplex LHCb-Detektor: Materie/Antimaterie-Asymmetrie, …

15. Der LHC Beschleunigerkomplex ALICE Detektor: Quark-Gluon-Plasma in Pb-Pb-Kollisionen, …

16. Supraleitende Doppel-Dipolmagnete im LHC-Tunnel L15m, M30t, B8.33T Magnetische energie: 10 GJ Temperatur: 1.9 K Kühlung: superfluides Helium 170 kW Kryogenik 93 Tonnen Helium-Vorrat 40000 t kalte Masse im Tunnel

17. 400 MHz HF-Resonatoren (supraleitend) • … und viel mehr: • HF für Beschleunigung • 7000 Magnete mit • 1700 Stromversorgungen • Strahldiagnostik • Kollimatoren • Rückkopplungs-Systeme • Maschinensicherheitssysteme • Strahl-Entsorgung • Computing / Kontrollsystem • zentral betrieben • von wenigen Operateuren …

18. CERN Control Centre

19. Das Detektorprinzip Suche charakteristische Signatur von Higgs / Dunkle Materie / …

20. H  Z Z in CMS e e q q jet jet e e

21. ATLAS Pixel Detektor

22. 20m ATLAS Pixel- Detektor 8107 elektronische Kanäle Auslesechips direkt auf Pixelsensoren gelötet

23. ALICE Zeit-Projektions-Spurkammer

24. ALICE Zeit-Projektions-Spurkammer 550000 Auslese-Elektroden

25. LHCb RICH Detektor 500000 elektronische Auslesekanäle HPD

26. PbWO4-Kristalle 2.2 x 2.2 cm2 23 cm CMS Kristall-Kalorimeter 76000 PbWO4 Kristalle APD/VPT-Auslese APDs

27. 10010111011100100001110101010010111001001010010001100111010010101111010011100100100100100100100111001010110010100110000101010010010010010010100100100111100100011101111110011000010101000100111010010011100100100111001010110100111001001001010010010101001001011101110010000111010101001011100100101001000110011101001010111101001110010010010010010010011100101011001010011000010101001001001001001010010010011110010001110111111001100001010100010011101001001110010010011100101011010011100100100101001001010100 Die Daten Typischer Informationsfluss pro Detektor: ElektronischeKanäle 108 Bytes pro Kanal 1 Kollisionen pro Sekunde 4107  1015 Bytes/s  restriktive Trigger  Datenkompression

28. 25ns 109 pp-Stöße pro Sekunde „weich“ behalte wenige ≲106 harte Stöße/s  behalte einige ≲1 Stoß pro Stunde  behalte möglichst alle Discovery Events H  e e jet jet etc. Prinzip der Trigger

29. 40 MHz Hardware Trigger 75 kHz 120 GB/s 3 GB/s Auslese-Pufferspeicher 200 Hz Mehrstufige Software-Trigger tausende von Multi-CPU-PCs 300 MB/s 1 Petabyte pro Jahr Massenspeicher

30. GRID-Computing Data Processing & Physics Analysis 140 institutes 35 countries 7000 users Dynamic data management and job scheduling in a world wide computing network

31. LHC Computing Grid Tier 0 CERN data archive initial processing 11 Tier 1s … D USA(2) (Ka) Taiwan re-processing data-intensive analysis 130 Tier 2s in 33 countries … DESY München Aachen Freiburg end-user analysis simulation Tier 3s … Univ. 1 Univ. 2 Univ. 3 local clusters at Universities ...

32. CERN Tier 0 Centre

33. Organisation und Management 2000 Physiker + Ingenieure pro Experiment

34. Collaboration Board ATLAS Plenary Meeting Resources Review Board CB Chair Advisory Group Spokesperson ATLAS Organization (upper levels) Technical Co-ordinator Resources Co-ordinator Executive Board Inner Detector Tile Calorimeter Magnet System Physics Co-ordination Electronics Co-ordination LAr Calorimeter Muon Instrum. Trigger/DAQ Computing Co-ordination Additional Members Funktioniert ohne hirarchische Weisungsbefugnis

35. Physik macht Spaß! … ist aber auch harte Arbeit!