Deeltjesfysica Bestudeert de natuur op afstanden < m m

Presentatie over: "Deeltjesfysica Bestudeert de natuur op afstanden < m m"— Transcript van de presentatie:

1 Deeltjesfysica Nikhef: Nationaal instituut voor subatomaire fysica Ivo van Vulpen

2 Deeltjesfysica Bestudeert de natuur op afstanden < 10-15 m 10-15 m
Below m need 2 extra forces … Transition: What is the current theory ? atoom kern Quantum theorie beschrijft alle metingen tot m

3 Zwaartekracht en Electromagnetisme “zelfde krachten … nieuwe modellen”
Relativiteitstheorie Newton Einstein Quantummechanica Maxwell Bohr

4 De kernkrachten 1] Positieve deeltjes stoten elkaar toch af ? 10-10 m
2] Wat houdt de neutrale deeltjes bij elkaar ? 10-10 m 2 nieuwe natuurkrachten: - zwakke kernkracht - sterke kernkracht 10-15 m atoomkern

5 De aardse materie proton neutron elektron periodiek systeem
van Mendeleev Mendeleev Alle materie op aarde bestaat uit het “up” en “down” quark in atoomkernen en het electron in een baan eromheen. We kunnen alle fundamentele natuur en scheikundige processen op aarde hier mee verklaren.

6 Particles and Forces. Quarks make up the proton/neutron, the electron (famous), neutrino’s (news) With only 2 colored strings you can make a beautiful carpet  Like it, our simple model describes complex patterns in nature. Transition: Why uncomfortable and why does this picture of nature break down ?

7 Deeltjes Krachten bouwstenen van proton/neutron elektron
1) Electromagnetisme 2) Zwakke kernkracht 3) Sterke kernkracht Quarks muon Leptons Particles and Forces. Quarks make up the proton/neutron, the electron (famous), neutrino’s (news) With only 2 colored strings you can make a beautiful carpet  Like it, our simple model describes complex patterns in nature. Transition: Why uncomfortable and why does this picture of nature break down ?

8 Wat willen we weten: Higgs?
Massa van deeltjes Neutrino’s Elektron Muon Tau up,down, strange charm Bijzondere voorspelling: Top quark Het Higgs boson: zorgt ervoor dat deeltjes massa kunnen hebben in de theorie bottom

9 Wat willen we weten: Anti-materie?
Waar is de anti-materie gebleven? Geen anti-materie met satellieten Geen anti-materie sterrenstelsels

10 Laatste als eerste … ‘ga ik over praten’
Donkere materie Maar 4% van alle materie in het heelal bestaat uit ‘aardse materie’  Wat is de rest ?

11 (nieuwsgierigheid gedreven)
Astronomie Deeltjes fysica Fundamenteel (nieuwsgierigheid gedreven) onderzoek Waar is de Anti-materie heen?

12 Kijken zonder je ogen te gebruiken

13 1] Kijken met licht Licht verstrooit aan objecten die groter zijn dan de golflengte van het licht  Energie IR UV Röntgen 10-6 m m 2] Kijken met deeltjes Quantummechanica: deeltjes zijn golven  microscoop voor zeer kleine afstanden: klein: elektronen microscoop kleinst: Large Hadron Collider λ ~ m

14 ? onbekend voorwerp achter een gordijn … en 100 kogeltjes
bovenaanzicht ? Hoe ketsen de kogels af ?

15 Situatie 1 ? ? Situatie 2 ? ?

16 Situatie 1 ? Situatie 2 ?

17 ? ? ‘Kijken’ naar sub-atomaire structuren: Situatie 3
Quantum-model ‘Kijken’ naar sub-atomaire structuren: 1) Kleine kogels maken: Deeltjesversneller 2) Berekenen wat je verwacht voor een hypothese: Theorie 3) Afgeketste deeltjes kunnen bekijken: Detector

18 De grootste microscoop op aarde de Large Hadron Collider (LHC) op CERN bij Genève

19 De Large Hadron Collider
LHC: 27 km A10: 32 km Geneve Amsterdam

20 The LHC machine Korter! Council update (vragen ?) TODAY Energie is gelimiteerd door de kracht van 1232 dipool magneten: B= 8.4 T

21 Logistieke nachtmerrie
maar gelukt

22 De LHC is rond ! “Op 10 september hebben bundels protonen een rondje LHC gemaakt” doorsnede LHC bundel

23 Energie 1 proton (LHC) Energie LHC bundel Bundel 2 Bundel 1
3000 x protonen Bundel 2 Doorsnede LHC bundelpijp Bundel 1

24 40 miljoen botsingen per seconde
Bundel 1 Bundel 2

25 Quantummechanisch botsen
Klassiek botsen Quantummechanisch botsen proton proton

26 Wat verwacht je ? Klopt het ?

27 Albert Einstein Bij de LHC op CERN: Energie omzetten in massa (deeltjes)

28 Hoe zien die botsingen er nou uit ?
quark quark Simulatie top quark productie quark proton Difficult situation: new detector and new theory. ‘A pair of top quarks has it all’. Millions of pictures  learn about properties top quarks. Transition: what do you need to take on such an approach. elektron proton neutrino quark

29 LHCb ATLAS CMS ALICE

30 De Atlas detector het grootste fototoestel op aarde
energie elektronen en fotonen energie quark-deeltjes positie en impuls geladen deeltjes magneet muon detector mens

31 De Atlas pixel detector
80 MegaPixel camera foto’s per seconde

32 De Atlas SCT detector Foto in de cleanroom op het Nikhef (Amsterdam)

33 De Atlas Muon Detector Nikhef CERN Beneden in de Nikhef hal mens

34 De Atlas detector doet het: bundel achtergrond
Op 10 september 2008 Atlas detector operationeel tijdens start-up LHC bundel bundel 1 Bundel gestopt op een blok koper

35 Voor-aanzicht Atlas detector
Zij-aanzicht Atlas detector

36 Die hebben Volkskrant lezers eerder gezien

37 Ok, het echte werk …

38 Hoe ontdek je nou nieuwe dingen
Nieuwe afstandschaal EN nieuwe detector Nieuw ? Normaal ? muon

39 Fotootjes kijken 40 miljoen botsingen per seconde
ongeveer 1 Higgs boson per dag 1 naald in 40 miljoen hooibergen ….. per seconde !

40 We zijn er klaar voor LHC versneller Detectoren Theorie
10 september 2008: bundel rond Nu problemen. Herstart april 2009 ATLAS detector klaar … LHCb, ALICE, CMS ook Theorie Meer dan genoeg vragen … meer dan genoeg ideeën/oplossingen

41 Astro-deeltjesfysica

42 Kosmische straling p Victor Hess: Nobelprijs 1936
Ontdekking anti-materie, muonen, pionen

43 Kosmische straling Cosmische straling werd in 1909 per obgeluk ontdekt door Theodor Wulf, een nederlandse priester die dacht natuurlijke straling te zien vanuit de aarde. Om dit te verifieren beklom hij de eiffeltoren en zag tot zijn verbazing dat de stralingsachtergrond hoger werd. Dit was het eerste signaal van cosmische straling. Cosmische stralen zijn meestal protonen (87%) of Helium kernen (12%) die ergens in het heelal versneld worden en botsen met atomen in de atmosfeer, zoals hier is weergegeven. Er worden allemaal deeltjes geproduceerd. De meeste bereiken het aardoppervlak niet, echter een deeltje wel: het zogenaamde muon. Een nieuw deeltje in het spel! 18 oktober 2008

44 Beneden in de Nikhef hal
Het muon deeltje is het belangrijkste deeltje in een cosmische douche dat tot op het aardoppervlak komt. Het is in 1937 geidentificeerd. Het is een zwaardere versie van het electron en kan ook door muren heen. Op dit moment regent het ook hier in de zaal muonen. Vonkenkamer. Beneden in de Nikhef hal

45 Kosmische straling hard Wie, hoeveel, hoe hard, … ?
Flux ( m2 sr s GeV)-1 1 deeltje /m2 per jaar Cygnus -Quasar 1 deeltje /m2 per jaar Active Galactic Nucleus ? 1 deeltje /km2 per jaar Energy (eV)

46 Pierre Auger detector

47 Argentinie 1600 tanks, 1.5 km uit elkaar

48 g n Oorsprong kosmische stralen ?  Neutrino experimenten (Nikhef) p
Fotonen (): geabsorbeerd Protonen (p): afgebogen Neutrino’s (): DE BRON

49 ANTARES detector p   Kijken naar de bodem vande zee Buoy
Junction box 350 m 100 m

50 Oorsprong deeltjes Protonen: buigen af in galactisch magnetisch veld
Fotonen: geabsorbeerd door gas Neutrino’s: kan, maar zeer lastig te detecteren Schaduw van de maan (muonen) Oorsprong zeer hoog energetische stralen

51 Einde Meer vragen: