ALICE en het Quark Gluon Plasma

Welkom bij ALICE Programma: Neem je camera mee want foto’s maken mag Presentatie over het ALICE experiment (~half uur) Bezoek aan ALICE (in groepjes van 6) en aan de expositie (~1.5 uur) tot 16.45 Neem je camera mee want foto’s maken mag Welkom bij het ALICE experiment! Ik ben Naomi en ik zal jullie vandaag hier rondleiden. We beginnen vanmiddag met een Introductie en wat uitleg over de ALICE detector van ongeveer een half uur en daarna gaan we in kleine groepen de ALICE detector bekijken. De anderen kunnen dan in de expositie ruimte rondkijken en om 16.45 worden jullie weer opgehaald door de bus. Een belangrijk punt: je mag hier overal fotoos maken dus neem je camera mee.

Even voorstellen… Bijna 3 jaar op CERN Onderdeel van mijn promotieonderzoek bij Nikhef en de Universiteit Utrecht Vooropleiding: HAVO, HBO technische natuurkunde (Eindhoven), Master Experimentele natuurkunde (Utrecht) Onderzoek: Flow analyse met de ALICE detector Ik zal beginnen met mezelf voor te stellen. Ik ben nu al bijna 3 jaar hier op CERN als onderdeel van mijn promotie bij Nikhef in Amsterdam en de Universiteit Utrecht. Precies over een week moet ik mijn proefschrift verdedigen voor de promotiecommissie en mag ik me daarna doctor noemen. Ik kom van de HAVO en heb eerst een HBO studie Technische Natuurkunde gedaan. Tijdens een stage ontdekte ik de deeltjes fysica en daarom ben ik gaan doorstuderen op de universiteit in Utrecht. Na mijn master Experimentele natuurkunde ben ik bij Nikhef gaan promoveren. Ik heb onderzoek gedaan naar iets dat flow heet met de ALICE detector. Daar zal ik straks meer over vertellen. Eerst iets over de ALICE detector…

Waarom ALICE? A Large Ion Collider Experiment Begrijpen van de sterke kernkracht Begrijpen van de materie bij het ontstaan van het universum; de oerknal Die toestand heet het Quark Gluon Plasma 10 –6 sec 10 –4 sec 3 min 15 Mil Jahre Het heelal dijt nu uit: In het begin moet dus alle materie veel dichter op elkaar gezeten hebben en moet het ook veel heter geweest zijn. Bij extreem hoge temperaturen en dichtheden zijn de eigenschappen van materie nooit gemeten..........

4 grote LHC experimenten ALICE: Materie in extreme omstandigheden

~ 1000 Onderzoekers ~35 Landen ~115 Instituten

Bouwstenen van materie Deeltjes graviton foton W, Z gluon Krachten

Quarks zijn nooit vrij… g q Interactie sterk op grote afstand Meson: quark-anti quark Proton: quarks en gluonen bewegen in het proton Een quark uit het proton bevrijden lukt niet omdat er nieuwe quarks geproduceerd worden met de energie die we in het systeem stoppen. g q Als we veel protonen samen persen in een klein volume bij hoge temperatuur kunnen de quarks (bijna) vrij bewegen binnen dit volume: het Quark-Gluon Plasma.

Hoe maken we een Quark Gluon Plasma? We hebben veel quarks en gluonen nodig bij een hoge temperatuur en dichtheid: 50 maal de dichtheid in een neutronenster, 50 protonen in een volume van 1 proton! Temperatuur hoger dan 4 x 1012 K, 200 000 maal hoger dan in het centrum van de zon Extreme omstandigheden in een klein volume We kunnen deze toestand maken door atoomkernen te laten botsen bij een hoge energie in de LHC We gebruiken loodkernen omdat dit de meest zware stabiele atomen zijn e > 15 GeV/fm3 ~ 50 maal de dichtheid in een neutronen ster (40 miljard ton/cm3, 50 protonen in het volume van één proton !

Een lood-loodbotsing

Een lood-lood botsing In een botsing tussen protonen worden ca 10 deeltjes geproduceerd, in een botsing tussen lood kernen ca 3000 deeltjes Van elk deeltje moeten we de massa en impuls (snelheid) meten. Sporen in de ALICE detector Plaatje + uitleg hoe z’n botsing eruit ziet In detector uiteindelijke deeltjes

Hoe “zie” je het QGP? Theoretische voorspellingen Meer strange quarks Minder J/psi deeltjes (charm quark en anti-quark) Energie verlies van deeltjes met veel energie als ze door het QGP heen gaan Collectief gedrag van alle deeltjes die ontstaan in de botsing: flow Deze signalen worden in ALICE bestudeerd

Collectief gedrag - Flow Een loodkern is groot (6 fm, 208 nucleonen) De botsingen variëren van centraal (frontaal) tot perifeer (schampend) zodat het volume en de vorm van het gebied waar het QGP gevormd wordt varieert Drukgradiënt als functie van de plaats verschillend in de verschillende richtingen. De grotere drukgradiënt geeft deeltjes een hogere snelheid! Gemeten verschil tussen aantal deeltjes in de twee richtingen.

Energieverlies Snelle quarks/gluonen geproduceerd in botsingen tussen de quarks en gluonen in de kernen moeten soms door het QGP vliegen waardoor ze energie verliezen RAA is de ratio van de hoeveelheid deeltjes in lood-lood botsingen vergeleken met proton-proton botsingen

Jet Quenching Dh Df Df Dh Een bosing waar de loodkernen elkaar net raken, de jets ontsnappen makkelijk aan beide zijden Een botsing waar de kernen overlappen, de deeltjes verliezen veel energie! perifeer centraal 102 GeV 168 GeV 192 GeV 47 GeV Dh Df Df Dh bin size: 0.1x0.1

De ALICE detector 16 x 16 x 26 m3 10.000 ton

Hoe vinden we de eigenschappen van deeltjes? Reconstrueer de sporen van de deeltjes die ze in de detector achterlaten Geladen deeltjes worden afgebogen in een magneetveld en aan de straal kunnen we de impuls en lading meten: p = qrB

Een lood-loodbotsing in ALICE

Deeltjesidentificatie in ALICE TPC velocity v/c TOF Protons Kaons Pions all plots: preliminary calibration & alignment ! ITS 15/2/2006 LHCC Status Report J. Schukraft

Lood botsingen in de LHC 1 maand per jaar botst de LHC loodkernen op elkaar en ALICE registreerd die botsingen ALICE bestudeerd ook de proton-proton botsingen van de LHC als vergelijkingsmateriaal In 2010 hebben de eerste lood botsingen plaatsgevonden en in 2011, net voor de kerst, de tweede en iedereen is hard aan het werk om deze te bestuderen.

Dit gaan we zo bekijken...