Eerste resultaten van de Large Hadron Collider op CERN Paul de Jong, UvA en Nikhef Viva Fysica 2011

20 November 2009: de LHC is “back in business” 23 November 2009: eerste p-p botsingen 14 December 2009: p-p botsingen TeV 30 Maart 2010: p-p botsingen TeV April-oktober 2010: p-p run 8 November 2010: Pb-Pb botsingen ~ 1 miljard p-p botsingen geregistreerd 2

Pakketjes van protonen Oktober 2010: pakketjes (Later: ) Injektie in de LHC: 450 GeV Versnellen tot 3.5 TeV (later: 7 TeV) Cruciale parameter: luminositeit Doel 2010: cm -2 s -1  Doel bereikt Piek luminositeit

Proton pakketjes: naald Dipolen, quadrupolen, versnel-elementen Bundels samenknijpen bij interaktie-punten 4 interaktie-punten 4 grote detectoren 4

ATLAS experiment 25 m 174 instituten/universiteiten uit 38 landen 6

Het Standaard Model Materie deeltjes Kracht deeltjes Higgs deeltje 8

Een (anti)proton is een zak quarks en gluonen (partonen) Een harde pp botsing: botsing tussen partonen Typisch 2 a 3 p-p botsingen per “bunch crossing” Meeste botsingen “soft”: schampschoten Slechts een fractie is interessant (Higgs: 1 : ) Energie per botsing = 2P√(x 1 x 2 ) 9

W,Z bosons Top quarks Higgs Totaal (“soft”) N = L.  N = # events L = luminositeit  = werkzame doorsnede 2010: ~ 10 6 p-p botsingen / sec “Trigger”: real time selectie ~ 300 botsingen/sec geregistreerd (450 Mbyte/sec naar disk) 10

2010: ~ 5000 Tbyte data Gekopieerd naar 10 grote analyse centra (o.a. Nikhef/SARA, Amsterdam Science Park) Verdere distributie naar instituten data analyse op PC’s en laptops 11

Muon spoor Sporen van Geladen deeltjes Energie in calorimeters 12

1 m Inner Tracker KsKs    Kaon ontdekking: 1947 Pixel detector (80M kanalen, 50x400 μm) Silicon strips (6M kanalen, 80 μm pitch) TRT (350k kanalen) Impuls meting in 2 T magnetisch veld Detectie van geladen deeltjes 13

Calorimeter Electromagnetisch: Liquid Argon sampling calorimeter Hadronisch: Staal + scintillator    sinds 1950 Signalen van  0 8m 14

Harde botsingen: “jets” 15

Marcel Vreeswijk (Nikhef/UvA-IoP) Physics signals show up! Muon spectrometer: 1200 muon kamers 350k drift buizen (“air core” toroidaal veld 0.5 T) Ontworpen voor TeV muonen Z boson CERN, 1983 Mass: GeV Muon Spectrometer 16

Marcel Vreeswijk (Nikhef/UvA-IoP)   ? mass Z werkzame doorsnede in nieuw domain=7TeV Muon-muon resonanties ? Invariante massa van 2 muonen 17

W decays to muon + (unseen) neutrino.  Missing transverse energy.  W q q’q’ g Transverse W mass:  Missing Transverse energy W bosonen ~ verzameld in

Marcel Vreeswijk (Nikhef/UvA-IoP) Expected signature: EtMiss 2 leptons 2 b jets Top quark Ontdekt in 1995 Zwaarste deeltje ooit, 173 GeV Top quarks 19

Van >10 9 botsingen tot ~500 ttbar events! Top quarks 20

top quarks: theorie & experiment Fermilab: ~ 4000 top quark events LHC haalt Tevatron in 2011 in: top quark eigenschappen, massa, produktie 21

Eerdere resultaten van zoektochten van: LEP: e + e -, √s = 200 GeV (CERN) Tevatron: p anti-p, √s = 2 TeV (Fermilab) Is 7 maanden LHC competitief met 25 jaar Tevatron? Geintegreerde luminositeit: Tevatron: 10 fb -1 (verwacht events voor σ = 1 pb) LHC: 0.04 fb -1 (verwacht 40 events voor σ = 1 pb) 22 Zoeken naar nieuwe deeltjes  Ja, door de hogere energie

Higgs deeltje: staat centraal in Standaard Model Standaard Model: unificatie zwakke / electromagnetische int. Higgs deeltje geeft massa aan Z en W deeltjes Maar Higgs massa zelf is onbekend! 23

2010: niet voldoende data 2011: betere vooruitzichten Bij absentie van signaal: exclude 130 GeV < m H < 400 GeV Bij signaal: ontdekking mogelijk voor 135 GeV < m H < 180 GeV 5 fb -1 nodig om gat met LEP te dichten 24 uitsluiting ontdekking

Jet-jet resonanties Gevoelig voor “excited quarks”: q *  q + gluon Met 3.1 pb -1 zetten we een limiet op de massa van excited quarks: m(q * ) > 1.53 CL (Tevatron: 0.8 TeV) 25

Het Standaard Model Materie deeltjes Kracht deeltjes Higgs deeltje 26 fermionen bosonen

fermionen bosonen ? Supersymmetrie squarks sleptons gluinos neutralinos 27

Simulatie! Hoe zoeken we naar supersymmetrie bij de LHC?  In eerste instantie zoeken naar squarks en gluinos 28

Vers van de pers: Nog geen aanwijzingen voor squarks/gluinos in 2010 LHC data … Limieten overtreffen eerdere experimenten Som van energie van alle jets, leptonen en missende energie (GeV) 29

Pb Pb botsingen (November 2010) Pb: 82 protonen 126 neutronen Centrale botsing: Nucleonen “smelten” tot quark-gluon plasma Fase overgang in hadronische materie Vermoedelijk ook ~ s na de oerknal 30

UvA studenten kunnen meedoen in de zoektocht! UvA volwaardig lid van ATLAS experiment Kansen voor: bachelor projekten master projekten zomerstudent op CERN promotieplaatsen -- meebouwen aan detektoren -- achter de knoppen zitten op CERN -- programmeren -- analyse van LHC botsingen 31

Vooruitzichten: 18 maart: masterclass voor bovenbouw VWO, zie bestuderen van echte LHC botsingen hands-on oefeningen LHC werkt fantastisch, maar we zijn nog maar net begonnen! Nog veel meer data in de pipeline, bij hogere energie LHC run 2011: start 21 februari 2011 energie: 3.5 TeV of 4 TeV per bundel data sample 25 (of meer) keer zo groot als in 2010 waarschijnlijk ook : implementeren verdere beveiliging van magneten klaarmaken voor energie van 7 TeV per bundel >2014: lange LHC run met 7 TeV per bundel, veel luminositeit 32