Did you switch off your mobile phone? <transparant> Is uw mobieltje uit? 04/12/2018 Sander Klous

Verdediging van proefschrift In vogelvlucht: Inleiding Hoge Energie Fysica Large Hadron Collider (LHC) LHCb experiment Vertex detector Read out chip Gegevensverwerking Simulaties Het antideeltjes mysterie B fysica en analyse Dank u wel… Rector magnificus. geachte aanwezigen, graag wil ik van deze gelegenheid gebruik maken om in de komende 10 minuten een inleiding te geven over het project waar ik mij de afgelopen vier jaar mee heb bezig gehouden. Ik zal u daarbij langs de 3 hoofdonderwerpen van mijn proefschrift leiden. <transparant> 04/12/2018 Sander Klous

Elementaire bouwstenen Hoge energie fysica Elementaire bouwstenen In de hoge energie fysica proberen we te begrijpen wat de elementaire bouwstenen zijn, waaruit de wereld om ons heen bestaat. Stelt u zich eens voor dat u in een lego wereld zou leven. <stenen> In dat geval zijn de lego stenen de kleinste onderdelen waaruit alles is opgebouwd. 04/12/2018 Sander Klous

Hoge energie fysica 04/12/2018 Sander Klous Als we dit idee vertalen naar de wereld om ons heen, <transparant> dan kunnen we bijvoorbeeld dit bloed uitvergroten. We zien dan de individuele cellen en uiteindelijk de DNA moleculen verschijnen. Deze moleculen zijn, net als alle andere materialen op aarde, opgebouwd uit atomen. Atomen hebben een positief geladen kern met protonen en neutronen en daaromheen de negatief geladen elektronen. Voor zover we nu weten, zijn elektronen elementaire deeltjes. Dit in tegenstelling tot de kerndeeltjes, die bestaan uit zogenaamde quarks. Er zijn grote experimenten nodig om het gedrag van deze quarks goed te kunnen bestuderen. <transparant> 04/12/2018 Sander Klous

Large Hadron Collider (LHC) In Zwitserland, ingesloten tussen de Jura, het meer van Genève en de Alpen, wordt er door het Europees instituut voor hoge energie fysica (het CERN), gebouwd aan een nieuw project. Dit project heet vrij vertaald: “de grote botsingsmachine” oftewel “Large Hadron Collider”. || Het is de bedoeling om protonen, de kerndeeltjes van het waterstof atoom dat hier met H staat aangeduid, te versnellen in een ring. Door twee bundels met deze deeltjes in tegengestelde richting te versnellen en de deeltjes met hoge energieën op elkaar te laten botsen gaan ze kapot. Zo kunnen we de quarks bestuderen die in deze protonen zitten. || De omtrek van de versneller is 27 kilometer en hij bevindt zich in een tunnel, ongeveer 100 meter onder de grond, waar de deeltjes met behulp van hele sterke magneten in een ronde baan worden gehouden. Door nauwkeurig de trajecten te bepalen van de deeltjes die uit de botsingen komen, kunnen we de theorieën bestuderen die deze processen beschrijven. <transparant> 04/12/2018 Sander Klous

LHCb experiment 04/12/2018 Sander Klous Om de trajecten van de deeltjes te kunnen bepalen, maken we gebruik van grote experimenten. Hier ziet u bijvoorbeeld een overzicht van het LHCb experiment, waaraan ik heb gewerkt. Dit is 1 van de vier experimenten die in de Large Hadron Collider worden geïnstalleerd. De botsingen vinden plaats binnen in deze groene detector. De plaats van zo een botsing noemen we de vertex en de detector die daar direct omheen staat heet dus de vertex detector. <transparant> 04/12/2018 Sander Klous

LHCb experiment 04/12/2018 Sander Klous Mijn werk voor LHCb concentreerde zich op deze vertex detector, dus die wil ik graag in wat meer details bespreken. <vertex> Hier ziet u een “Artist Impression” van dit apparaat. 04/12/2018 Sander Klous

LHCb experiment 04/12/2018 Sander Klous 6 <mannetje> Om u een indruk te geven van de afmetingen van de vertex detector, komt hier een mannetje aanlopen. || <transparant> 04/12/2018 Sander Klous 6

LHCb experiment 04/12/2018 Sander Klous 6

LHCb experiment 04/12/2018 Sander Klous 6

LHCb experiment 04/12/2018 Sander Klous 6

Vertex detector 04/12/2018 Sander Klous Hier ziet u een foto van het detectorvat, genomen onder een ander hoek. <transparant> 04/12/2018 Sander Klous

Vertex detector 04/12/2018 Sander Klous Als we de detector gedeeltelijk open zouden snijden, dan kunt u zien dat zich binnenin verschillende ruimtes bevinden. <transparant> 04/12/2018 Sander Klous

Vertex detector 04/12/2018 Sander Klous Deze ruimtes worden op vacuüm gebracht, om de beweging van de rondrazende protonen niet te verstoren. Tijdens mijn promotie heb ik meegewerkt aan het ontwerp van het vacuümsysteem en het koelsysteem voor de sensoren. <transparant> 04/12/2018 Sander Klous

Vertex detector Sensor 04/12/2018 Sander Klous Als we een deel van de detector uitvergroten dan zien we de sensoren, die de trajecten van de deeltjes moeten gaan registreren, zitten. <frame> Het zijn de blauwe vlakjes in deze tekening. <transparant> 04/12/2018 Sander Klous

Silicium sensor en uitlees chips Beetle De sensoren zijn gemaakt van silicium, het bekende halfgeleider materiaal. De signalen die uit deze sensoren komen, moeten worden versterkt en tijdelijk worden opgeslagen. <Beetle> Voor de vertex detector gebeurt dat met de zogenaamde “Beetle” uitleeschips. <transparant> 04/12/2018 Sander Klous

Hybride met Beetle chips Ik heb een groot deel van mijn promotie besteed aan het meten van de prestaties van deze chip. <Beetle> Uiteindelijk bleek, aan de hand van dit soort plaatjes <grafieken>, dat de chip goed in staat is om de signalen van de detector te verwerken. Beter zelfs, dan de concurrerende chips. Mede door mijn analyses is deze chip daarom in januari 2003 definitief verkozen boven de concurrentie als uitlees chip voor de vertex detector. <transparant> 04/12/2018 Sander Klous

Gegevensverwerking 04/12/2018 Sander Klous Netherlands De signalen die van de uitleeschips komen, moeten verder worden verwerkt. Dat geldt ook voor de gegevens uit alle andere detectoren in het LHCb experiment. De totale hoeveelheid gegevens die we per jaar willen opslaan is ongeveer 40 Petabyte. Dat is ongeveer 1 CD per seconde, of in een jaar een stapel CD’s met een hoogte van 240 kilometer. Het idee is om deze gegevens op te slaan en te verwerken bij grote computer centra over de hele wereld. <grid schets> Zo een gedistribueerd systeem noemen we een “GRID”. <grid filmpje> Hier ziet u een impressie van een typische grid faciliteit: Opslag en rekencapaciteit en de netwerkverbindingen binnen europa. 04/12/2018 Sander Klous

Simulaties + - K+ J/ Bs  K- 04/12/2018 Sander Klous Op dit moment is het grid in ontwikkeling, het wordt met name gebruikt voor het simuleren van detector gedrag. Tijdens mijn promotie heb ik meegewerkt aan het opzetten van een grootschalige productie voor de LHCb simulatie <simulatie>, de zogenaamde “Data challenge” van 2003. Ook heb ik met een groep uit Wisconsin gewerkt aan een eenvoudigere opzet voor het distribueren van dit soort producties over een groot aantal computer systemen. Uiteindelijk proberen we de deeltjes die tijdens de simulatie zijn aangemaakt, ook weer terug kunnen vinden in de signalen zoals die uit de detectoren zouden komen. <vervalsketen> Een typische vervalsketen ziet er dan zo uit… <transparant> 04/12/2018 Sander Klous

Simulaties + - K+ J/ Bs  K- 04/12/2018 Sander Klous Een deeltje dat van een botsing komt leeft een korte tijd, legt een afstand af en vervalt in een aantal andere deeltjes. De technische specificaties van de detectoren worden met name bepaalt door de hoge nauwkeurigheid waarmee we deze processen willen meten. 04/12/2018 Sander Klous

Het antideeltjes mysterie Paul Dirac Anti-Paul Dirac Hydrogen Bij LHCb zijn we met name geïnteresseerd in de symmetrie aspecten die bij deze botsingen een rol spelen. <transparant> In 1928 heeft Paul Dirac namelijk bedacht dat ieder deeltje zijn eigen anti-deeltje heeft. <anti-Paul> Hier ziet u een voorbeeld van het waterstof atoom, <hydrogen> dat we al eerder zijn tegengekomen. <draaiend hydrogen> 04/12/2018 Sander Klous

Het antideeltjes mysterie Hydrogen Paul Dirac Anti-Paul Dirac Het anti-deeltje heeft dezelfde massa, maar tegengestelde lading, <anti-hydrogen> een anti-proton heeft bijvoorbeeld negatieve lading. Verder draaien anti-deeltjes tegengesteld aan deeltjes, met andere woorden de pariteit is omgedraaid. In alle processen die we kennen wordt materie en antimaterie samen, in gelijke hoeveelheden geproduceerd en vernietigd. Als een deeltje zijn anti-deeltje tegenkomt, dan worden ze omgezet in energie. Het omgekeerde gebeurd ook: uit energie kunnen deeltjes en anti-deeltjes in paren ontstaan. Een van de grote mysteries uit de hedendaagse natuurkunde is: als deeltjes en anti-deeltjes alleen maar in paren kunnen ontstaan en worden vernietigd, waarom bestaat ons universum dan volledig uit materie en <transparant> waar is de anti-materie gebleven??? 04/12/2018 Sander Klous

Waar is de antimaterie gebleven? Een mogelijke oplossing van dit probleem kan zijn dat er ooit gelijke hoeveelheden materie en antimaterie zijn geweest, maar dat de antimaterie is uitgeroeid door een verschil in gedrag. <transparant> 04/12/2018 Sander Klous

B fysica en analyse  Bs J/ Quarks Proton/Neutron Generatie: 1 2 3 S Helaas is de wereld ook in dit geval niet zo eenvoudig als eerst gedacht. Want naast de up en down quarks die we al eerder hebben gezien en die in het proton en neutron voorkomen, blijken er nog twee generaties te bestaan. <andere quarks> Metingen hebben inmiddels bevestigd dat er met name in de zogenaamde bottom quark, <cirkel> van de derde generatie, aanzienlijke verschillen zijn tussen materie en antimaterie. De “b” in LHCb betekent dat dit experiment zich specifiek richt op het meten van het gedrag van deeltjes en anti-deeltjes van dit type. Hoewel we dus weten dat er in het b-systeem grote verschillen zijn tussen materie en antimaterie, begrijpen we eigenlijk nog bitter weinig van de logica die hier achter schuil gaat. Voor het beantwoorden van bijvoorbeeld de meest voor de hand liggende vraag: - waarom zien we deze effecten met name in het b-systeem? - , moeten we nog veel meer metingen doen. In mijn proefschrift beschrijf ik een van deze nieuwe metingen, <verval> het verval van het Bs deeltje naar een J/psi en een phi. De Bs bestaat uit een combinatie van een b-quark en een s-quark. Er zijn nog geen goede metingen beschikbaar van deze combinatie van deeltjes en met behulp van dit soort plaatjes <massa> heb ik laten zien dat een meting van dit specifieke verval met LHCb goed mogelijk. Het zal spannend zijn om te zien of we met deze meting nieuwe inzichten kunnen krijgen in het mysterie: <tekst> waar is de antimaterie gebleven??? <transparant> J/ C Waar is de antimaterie gebleven? 04/12/2018 Sander Klous

Tot slot 04/12/2018 Sander Klous De start van het LHCb experiment is gepland in 2007 en belooft het begin te zijn van een mooie nieuwe periode in de hoge energie fysica. <puzzelstukjes> De afgelopen vier jaar heb ik mijn steentje bijgedragen om de ontbrekende stukjes van de puzzel in met name de vertex detector van dit experiment in te vullen. <transparant> 04/12/2018 Sander Klous

Tot slot Dank jullie wel voor jullie aandacht. 04/12/2018 Sander Klous