•21 cctober, 2006 •Waar is de Anti-materie heen?

CERN en de LHC Ivo van Vulpen

ATLAS detector

Gebouw-40

Anti-materie

Mijn oude huis

De large hadron collider: reis naar het middelpunt van het atoom

Deeltjesfysica

atoom kern

Wat zijn de bouwstenen van de dingen om ons heen ?

10-15 m

[1] Wow, mooi ! … fascinerende complexe patronen !

[2] Gewoon 4 gekleurde draadjes en simpel symmetrisch patroon

Newton

Maxwell

Einstein

Relativiteitstheorie

Quantummechanica

Bohr

Zwaartekracht en Electromagnetisme“zelfde krachten … nieuwe modellen”

De kernkrachten

10-10 m

10-15 m

1] Positieve deeltjes stoten elkaar toch af ?

2] Wat houdt de neutrale deeltjes bij elkaar ?

2 nieuwe natuurkrachten:

- zwakke kernkracht

- sterke kernkracht

atoomkern

De stand van zaken in oktober 2009

http:// pdg.lbl.gov

up

down

elektron

De elementaire deeltjes

Proton

up

up

down

Neutrondown

down

up

+ 4 natuurkrachten

periodiek systeemvan Mendeleev

Wat kan je maken met deze 3 bouwstenen ?

Alles!

Voorzitter NWO

Deeltjes Krachten

Quarks

Leptons

bouwstenen van proton/neutron

elektron

1) Electromagnetisme

2) Zwakke kernkracht

3) Sterke kernkracht

muon

Wat snappen we nog niet:

Ivo.van.Vulpen@nikhef.nl

- 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, …

Paar ‘kleine’ dingetjes:

2009

Standard Model is ‘effectief’ deel van een meer fundamentele theorie

Model verliest voorspellende waarde rond 1-10 TeV

Supersymmetrie ?

Extra dimensies ?

Edward Witten’s laatste inzicht.

String theorie ?

Nieuwe fenomenen bij ~ 10-19 m

kijken zonder je ogen te gebruiken

Idee: laat kleine deeltjes afketsen van het object

deeltjes-microscoop: - klein: elektronen microscoop - kleinst: protonen microscoop (LHC)

IR UV

10-6 m

1] Kijken met licht

2] Kijken met deeltjes

Licht verstrooit aan objecten die groter zijn dan zijn golflengte

Met je oog kan je niks ziendat kleiner is dan 10-6 m

bovenaanzicht

?

Hoe ketsen de kogels af ?

onbekend voorwerp achter een gordijn… en 100 kogeltjes

?

?

?

?

Experiment 1

Experiment 2

?

?

Experiment 1

Experiment 2

? ?

Experiment 3

1) Kleine kogels maken: Deeltjesversneller2) Berekenen wat je verwacht voor een hypothese: Theorie

3) Afgeketste deeltjes kunnen bekijken: Detector

Quantum-modelEinstein: E=mc2

‘Kijken’ naar sub-atomaire structuren:

De grootste microscoop op aardede Large Hadron Collider (LHC)

op CERN bij Genève

The LHC machine

Energie is gelimiteerd door de kracht van 1232 dipool magneten: B= 8.4 TEnergie is gelimiteerd door de kracht van 1232 dipool magneten: B= 8.4 T

Versnellen is een eitjeVersnellen is een eitje

•http://public.web.cern.ch/public/en/LHC/Facts-en.html

Energie van 1 protonin de LHC

Bundel 1

Bundel 2

Doorsnede LHC bundelpijp

Energie LHC bundel3000 x 100.000.000.000 protonen

Bundel 1

Bundel 2

40 miljoen botsingen per seconde

Klassiek botsen

Quantummechanisch botsenproton proton

Wat verwacht je ?

Klopt het ?

Inderdaad nieuwe fenomenen ?

Hoe zien die botsingen er nou uit ?

proton

proton

quark

neutrino

elektron

quark quark

quark

Simulatie top quark productie

Onze ‘fototoestellen’

De vier experimenten

ATLAS

LHCb

Alice

CMS

ATLAS detector

45 m lang, 25 m hoog, 7000 ton

80 MegaPixel camera 40.000.000 foto’s per seconde

De Atlas pixel detector

De Atlas SCT detector

Foto in de cleanroom op het Nikhef (Amsterdam)

… hoe ontdek je nou nieuwe dingen ?

Normaal

Hoe ontdek je nou nieuwe dingen

Nieuw ?

Nieuwe afstandschaal EN nieuwe detector

muon

muon

muon

muon

Higgs deeltje ?Ja … waarschijnlijk wel

… hoe staan we ervoor ?

Versneller had een probleem

Detectoren hebben fenomenaal gepresteerd

500 miljoen events, 1.2 Pb ruwe data

Atmosferische muonen in ATLAS

~25 Hz atmosferische muonen in ATLAS detector

Projectie oorsprong op grondvlak

Access shaft

LHC roadmap: voorzichtige stappen

2009

j f m a m j j a s o n d j f m a m j j a s o n d

j f m a m j j a s o n d

2010 2011

shutdown

fysica

- Stap 1: week 47 450x450 GeV- Stap 2: 1.0x1.0 TeV (1 week)- Stap 3: 3.5x3.5 TeV (3 maanden)- Stap 4: 5.0x5.0 TeV (5 maanden)

wereldkampioen !

Schema LHC:

S.

Myers

, okt

-20

09

http://lhc-commissioning.web.cern.ch/lhc-commissioning/

Computing

ATLAS produceert 50 Pb per jaar 10 Tier-1 sites (Nikhef/SARA)

CERN grid

ATLAS: 40 miljoen botsingen/sec 200 Hz op tape

(Grid-) computing

‘gewoon’ 3000 PC’s

Meer dan genoeg vragen

… meer dan genoeg ideeën/oplossingen

We zijn er klaar voor

Deeltjesversneller Theorie Detectoren

Heel veel plezier gewenst vandaag

Ivo van Vulpen E-mail: Ivo.van.Vulpen@nikhef.nlVanessa Mexner E-mail: vanessam@nikhef.nl

Vragen:

Spin-off: a few examples

Anti-materie in het ziekenhuis: de PET scan

1) Injectie radionuclide-bevattende stof zendt positronen uit [anti-materie]

2) positron botst op elektron van atoom in het lichaam 2 fotonen

Positron(anti-elektron)

Radionucleide

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 dosisHogere resolutie

Grote inbreng Nederland (Nikhef)

Omgaan met teleurstellingen

Iniatief twee Nikhef AIO’s:

- focus op atmosferische muonen

- participatie in MCnet (Lund)

Physics readiness report1800 pagina’s

Detectoren hebben wel fenomenaal gepresteerd