Nationaal instituut voor subatomaire fysica

Presentatie over: "Nationaal instituut voor subatomaire fysica"— Transcript van de presentatie:

1 Nationaal instituut voor subatomaire fysica
Ivo van Vulpen

2 Jullie interactie met Nikhef tot nu toe
1) In de media: afgelopen week i.v.m start-up LHC 2) Als IHEF docent (in order of appearance): Stan Bentvelsen relativiteitstheorie Marcel Vreeswijk bachelorcoordinator Auke-Pieter Colijn electromagnetisme & numnat Ivo van Vulpen deeltjes fysica I Paul Kooijman deeltjesfysica I of II Justus Koch deeltjesfyscia II Els de Wolf mastercoordinator Wouter Verkerke honours program Eric Laenen theorie

3 Nikhef: “coordinatie (astro-)deeltjesfysica onderzoek in Nederland”
7 onderzoeksgroepen Theorie afdeling Electr. en Mechanische werkplaatsen Detector ontwikkeling Computing (Grid) VU 250 mensen: - 100 technici wetenschappers (55 promovendi) UvA FOM RuN UU samenwerking met UL RUG TU/e UD UT

4 Aujourd’hui: (Astro-)deeltjesfysica in een notendop Waar doen we als Nikhef aan mee ? Hoe kunnen jullie je steentje bijdragen ?

5 Natuurkunde “Krachten en deeltjes” 5/47

6 Zwaartekracht Electro-magnetisme “massa” “elektrische lading”
+ + + - Newton Maxwell

7 Structuur van atomen Atoom = kern met electronen eromheen 10-10 m De natuur op deze schaal (atoom) is niet te begrijpen met de ‘oude’ natuurwetten Bijv: Waarom vallen de electronen niet in de kern ?

8 Zelfde krachten … nieuwe modellen
Relativiteitstheorie Newton Einstein Quantum mechanica Maxwell Bohr

9 Kleiner en nauwkeuriger
De kern bestaat uit protonen en neutronen. Hoe kan dat ? 1] Positieve deeltjes stoten elkaar toch af 2] Wat houdt de neutrale deeltjes bij elkaar ? 2 nieuwe natuurkrachten: De zwakke en sterke kernkracht 10-10 m 10-15 m

10 proton neutron up up down up down down Natuur opgebouwd uit maar 3 bouwstenen:  up-quarks, down quark en electron

11 Huidige status Deeltjes:
Salam Deeltjes: e   e   up charm Top down strange Bottom Weinberg Krachten: 1) Electromagnetisch foton () 2) Zwakke kernkracht W+, W-, Z 3) Sterke kernkracht gluonen (8) Glashow 4) Zwaartekracht is een vreemde kracht: geen quantum theorie en veel zwakker dan andere krachten

12 Martinus Veltman Gerard ‘t Hooft
 Nu kunnen we er ook iets mee uitrekenen 12/47

13 Zeker niet waar … er zijn nog veel vragen over
“Alle metingen in deeltjesfysica worden in het SM verklaard” “Het Higgs boson wordt zoals verwacht bij de LHC ontdekt” Zeker niet waar … er zijn nog veel vragen over

14 1 2 3 Het Standaard Model en zijn mysteries:
Kan de zwaartekracht niet toetreden tot het Standaard Model ? Wat is de oorsprong van de massa van de deeltjes ? (Higgs boson) In hoeveel dimensies leven we eigenlijk ? Hebben we nu echt de fundamentele elementaire deeltjes ? Zijn er nieuwe symmetrieen in de natuur ? Waarom zijn er slechts drie families van fermionen ? Zijn protonen echt stabiel ? Waarom is elektrische lading gequantiseerd ? Waarom is er meer materie dan anti-materie in ons universum ? Wat is die donkere materie en donkere energie ? Exploderen quantumcorrecties bij nog hogere energieën ? Waarom zijn de neutrino massa’s zo klein ? 1 2 3

15 Een van de problemen: Donkere materie
Draaien van clusters Temparatuurfluctuaties in heelal Maar 4% van alles wat we zien in het heelal zijn atomen ! Wat is de rest ???

16 Nieuwe modellen, nieuwe krachten ??
2 krachten Newton/Maxwell 2 krachten Einstein/ Bohr 4 krachten Standaard Model ? 10-10 m 10-15 m 10-19 m We gaan in 2008 kijken wat natuur voor ons in petto heeft … en wiens model werkt E. Verlinde L. Randall R. Dijkgraaf E. Witten

17 De LHC versneller 17/47

18 [1] kijken met licht [2] kijken met deeltjes Energie golflengte
Röntgen Ultra Violet Infra rood 10-11 m m [2] kijken met deeltjes Bijv: electronen microscoop Quantum mechanica: deeltjes zijn ook golven Deeltjes met hoge energie in deeltjesversneller  microscoop voor afstanden kleiner dan een proton  ~ m

19 De grootste miscoscoop op aarde de ‘Large Hadron Collider’ (LHC) op CERN bij Genève

20 Hoe groot is de LHC eigenlijk ?
Amsterdam

21 De CERN versneller-tunnel
27 km lang, 100 m onder de grond

22 De Tunnel

23 CERN press-release: “re-start LHC in maart 2009” probleem sector Aan het opwarmen

24 De Large Hadron Collider (eigenschappen)
~ 3000 x 3000 100 miljard 7 TeV 10 miljoen sec-1  Door het oog van een naald en wachten op een botsing!

25 ‘gewoon’ even uitrekenen wat je verwacht
Model 1, 2, 3, … Klopt het ?

26 Detectoren Algemeen en Nikhef’s involvement 25/47

27 Het grootste fototoestel op aarde de ‘ATLAS detector’
Muon kamers een persoon SCT

28 Een gat in de grond … ongeveer 100 meter diep

29

30 Oude LEP detector (1990 – 2000) LHC detector dwarsdoorsnede

31 Doorsnede van een LHC detector
impuls en lading geladen deeltjes energiemeting electronen en fotonen energiemeting hadron deeltjes (quarks) detectie van muonen

32 Geladen deeltjes herkennen
Barrel SCT Forward SCT TRT Pixel Detectors Find updated picture up ID! Pixels kanalen Silicon Tracker (SCT) kanalen Transition Radiation Tracker (TRT) kanalen

33 NIKHEF levert hoogwaardige technische expertise bij de opbouw op CERN

34 NIKHEF bouwt deel van de ATLAS detector SCT, Muon kamers, …
ATLAS SCT detector

35 Astro-deeltjes 34/47

36 Ontdekking Kosmische stralen
1890: observatie: verlies elektrische lading verklaring: ioniserende straling – radioactiviteit 1907: Theodor Wulf [leraar uit Valkenburg]: elektroscoop in mergelgrot  geen afname elektroscoop op eifeltoren  zelfde afname 1912: Victor Hess Experiment: hete luchtbalon tot grote hoogte Observatie: Intensiteit neemt eerst af en boven 5 km neemt het weer toe Elektroscoop die Höhenstrahlung Buitenaardse oorsprong Nobelprijs 1936

37 Kosmische straling p Ontdekking anti-materie, muonen, pionen
Gerard van der Steenhoven Victor Hess: Nobelprize 1936 Ontdekking anti-materie, muonen, pionen

38 Energie Kosmische straling (welke deeltjes, hoeveel, welke energie)
1 deeltje /m2 per jaar Cygnus Flux ( m2 sr s GeV)-1 -Quasar Gerard van der Steenhoven 1 deeltje /m2 per jaar Active Galactic Nucleus 1 deeltje /km2 per jaar Energy (eV)

39 Pierre Auger experiment

40 Argentinie 1600 tanks, 1.5 km uit elkaar
Meten van zeer energetische deeltjes ‘shower’

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

42 ANTARES detector p   Neutrino Muon Nucleus
Gerard van der Steenhoven ANTARES detector 12 string ANTARES detector Buoy 14.5 m Junction box Gerard van der Steenhoven 350 m Nucleus Neutrino Muon 100 m Junction box ~60-75 m

43 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

44 Jullie rol 43/47

45 Mogelijkheden tot verdere kennismaking…
2e jaar: - Researchpracticum - start januari technisch - Deeltjesfysica I - start februari - Tweedejaars project - start juni groepjes 3e jaars: - Bachelorsproject - start april 8 weken - Deeltjesfysica II - start februari Master: - Particle & Astroparticle Physics (track) 1+1 jaar

46 Voorbeelden  Research practicum: - ATLAS muon detector (data analyse)
- Imaging van geladen sporen (R&D) Voorlichting volgt nog  Tweedejaars project: Dubbel Beta verval zonder Neutrino’s  Bachelor project: Zoeken naar extra ruimte dimensies Affiniteit met computing niet onbelangrijk

47 De master P&AP Theorie Deeltjesfysica: Standaard Model (QED, EW, QCD)
Astrodeeltjesfysica Caput colleges (… Higgs mechanisme door mij) Experiment Fysica van deeltjesdetectie Statistische data analyse Caput colleges Samenwerking Mini-experiment CERN summer student (restricted) Onderzoek

48 Vragen: Marcel Vreeswijk Bachelor coordinator Els de Wolf Master coordinator

49 Backup

50 Wat hebben jullie met het Nikhef te maken ?
Het IHEF instituut is deel van de Natuurkundefaculteit en deel van het Nikhef IHEF (in order of appearance) Stan Bentvelsen (relativiteitstheorie) Marcel Vreeswijk (bachelorcoordinator) Auke Pieter Colijn (electromagnetisme & numnat) Ivo van Vulpen (deeltjes fysica I) Paul Kooijman (deeltjesfysica I of II) Justus Koch (deeltjesfyscia II) Els de Wolf (mastercoordinator) Wouter Verkerke (honours program) Eric Laenen (ook theorie)

51 Mogelijkheden tot verdere kennismaking…
Tweedejaars Researchpracticum (start januari) Deeltjesfysica I (start februari) Tweedejaars project (start juni) Derdejaars Bachelorsproject (start april) Deeltjesfysica II (start februari) Master Particle & Astroparticle Physics (track)

52 Voorbeelden Research practicum (zie rondleiding) Tweedejaars project
ATLAS muon detector (data analyse) Imaging van geladen sporen (R&D) Tweedejaars project Voorlichting volgt nog Dubbel Beta verval zonder Neutrino’s

53 Een neutron kan vervallen:
Nieuwe krachten/modellen geven nieuw inzicht in de begrip van de natuur: Voorbeeld: de zwakke kernkracht. Een neutron kan vervallen: neutron proton electron neutrino Radio-activiteit: radio-actieve straling Strontium Yttrium + elektron + neutrino 

54 Detectoren: … groot … groter … Pierre-Auger
Fluorecentie: Stikstofatomen raken aangeslagen - Zenden bij verval licht uit Pierre-Auger observatorium: - op pampas in Argentinie watertanks paar km uit elkaar - Totale opp km2 ~ provincie Utrecht Fluorecentie detectoren Cherenkov detectoren Cherenkov: Relativistische deeltjes door water  zenden Cherenkov straling uit

55 Neutrino-detectoren Voordeel: Neutrino’s wijzen terug naar bron
Nadeel: Kleine interactie neutrino’s Detectie-principe: Te ‘zien’ via Cherenkov straling van muonen Grote detector nodig Neutrino Muon Nucleus Groot: Antares / Amanda Groter: KM3-net / Icecube

56 Verplichte vakken P&AP
Kernvakken: - Particle Physics I, II (Standard Model) semester 1 - Astroparticle Physics - Particle Detection Nikhef project semester 2 Mini-experiment: Ontwerp en bouw deeltjesdetector, neem data en analyseer data, publiceer Project management

57 Keuzevakken P&AP Statistical Data Analysis Capita (3 EC):
Neutrino physics Beyond the Standard Model CP violation Non-perturbative QCD Programming C++ Quantum Field Theory Particles and Fields General Relativity Cosmology High energy astrophysics Nikhef ITF API