Marcel Vreeswijk (NIKHEF) voor bezoek ‘de Leidsche Flesch’ Van Leidse Fles tot de zoektocht naar de Heilige Graal (v/d HEF) = Van Electron naar de jacht op het Higgs Deeltje Marcel Vreeswijk (NIKHEF) voor bezoek ‘de Leidsche Flesch’

Inhoud Introductie NIKHEF Introductie Hoge Energie Fysica Standard Model Het Higgs Deeltje CERN ATLAS Tot Slot... October 2001 Marcel Vreeswijk

Hoge Energie Fysica in NL NIKHEF en partners In NL: detectoren ontwerpen+bouwen en analyse meetgegevens De Metingen gebeuren niet in NL, maar op de grote versneller instituten October 2001 Marcel Vreeswijk

Versneller-instituten botsende deeltjes bundels. NIKHEF vnl in CERN bij Geneve tot 2000: LEP e+e- 100GeV + 100GeV (een proton weegt ~1GeV=1000000000eV=0.001TeV) in 2006: LHC p+p 7 TeV + 7 TeV Ook actief betrokken bij de grote experimenten op DESY bij Hamburg: HERA (e+p) 30GeV + 1TeV Tevatron bij Chicago: TEVATRON (p+p) 1TeV + 1TeV October 2001 Marcel Vreeswijk

Waarom Hoge Energie Hoe Hoger de Energie, DOEL: begrijpen van fundamentele wisselwerkingen en zoeken naar bouwstenen van natuur Een paar eV: schiet een electron uit atoom Een paar MeV: schiet de n+protonen uit kern Een paar GeV: schiet de quarks uit n of proton + maak nieuwe deeltjes Een paar TeV: meet op sub-schaal + maak Higgs deeltje?! Hoe Hoger de Energie, hoe kleiner de schaal waarop we observeren. Een Versneller+Detector is een supermicroscoop. Typisch ~TeV=10-18 m October 2001 Marcel Vreeswijk

De Bouwstenen ‘Heavy-Quarks Sterke Wisselwerking:QCD Leptonen en Quarks ‘Heavy-Quarks Top-Quark. Ontdekt op TEVATRON in 1995 B-quark wordt bestudeerd ivm oscillaties tussen materie<-> antimaterie Sterke Wisselwerking:QCD ElectroMagnetisme en Zwakke wisselwerking October 2001 Marcel Vreeswijk

Wisselwerking = Uitwisseling krachtendeeltjes Electro-magnetisme (fotonen): e g m=0 GeV e+ e- + - f=lq f gZW Zwakke kracht Z,W: gZ e+e-… W Zg W Z Sterke Kracht: (gluonen) ‘Feynman Diagram’ mg=0 GeV October 2001 Marcel Vreeswijk

Standaard Model De theorie van de elementaire bouwstenen en hun interacties is de basis van het Standaard Model Echter er ontbreekt nog wat: de grote symmetry tussen de deeltjes wordt geschonden: alle deeltjes hebben massa: Higgs Mechanisme Nog nooit waargenomen De oorsprong van massa volgens Standaard Model: Het Higgs Deeltje = October 2001 Marcel Vreeswijk

Standaard Model Higgs f Higgs mechanisme=spontane symmetrie breking: geeft de deeltjes massa ml,m,mq,m,mW,mZ V(H) H Nieuw ‘Veld’ H <H>0  for WZ: m=0 GeV mW80.4 GeV mZ91.2 GeV <H>0  for lq: mGH mlGllH mqGqqH We nemen een veld dat interacties heeft met alle andere deeltjes In de grondtoestand is het veld niet nul. De interactie met dit veld(=uitwisseling virtuele Higgs deeltjes) geeft de andere deeltjes effectief massa Als de theory klopt bestaat er een Higgs Deeltje met massa. Dit deeltje maakt de theory compleet, maar is nog nooit waargenomen. GffH f H October 2001 Marcel Vreeswijk

Higgs deeltje Energie-schaal Wat weten we nou eigenlijk van het Higgs deeltje? Als MH~180GeV: Standaard Theory <-> intern consistent Theoretische Massa Limieten: Een boven-limiet is verkregen door unitariteits-principe (=behoud van waarschijnlijkheid). Limiet wordt bepaald door grootte van de Higgs-zelf-koppeling Een onder-limiet wordt gegeven door de stabiliteit van het vacuum Not allowed Allowed Energie-schaal Het Higgs mechanisme is een hypothese--> de natuur volgt misschien een ander principe--> experimenten moeten de weg aangeven

Botsingen Meten We hebben het over deeltjes en hun interacties gehad Hoe ziet zo’n interactie er nu eigenlijk in het echt uit? October 2001 Marcel Vreeswijk

LEP (shut down 2000) 27 km omtrek, ~100 m deep Large Electron Positron collider Op CERN (Geneve) OPAL: een van de vier LEP experimenten 8x8x8m groot October 2001 Marcel Vreeswijk

LEP: meten van de W massa Talloze belangrijke metingen, oa de W massa e+ e- W+ W- Z0/g quarks of leptonen q , n q, e ~10-17 m 4m Deeltjes Detecteren: quarks-> hadroniseren-> jet->sporen+energie electronen->spoor->energie muonen->spoor door gehele detector neutrinoos->ontsnappen We meten dus de eindproducten en moeten de interactie terug-reconstrueren October 2001 Marcel Vreeswijk

TEVATRON de trots van Fermilab Bij Chicago (VS) D0 Main Injector Fixed target CDF D0 Main Injector Botsingen: 1 Tev protonen op 1 TeV anti-protonen Om de 132 ns een botsing

Top Fysica (anno 1995) m n b W p e Het TEVATRON, waar de top is ontdekt……..! p t b W e n “Leptonisch Event” m D0 Run I event display Quark Massa (GeV) Up ~0.1 Down ~0.1 Strange ~0.3 Quark Massa (GeV) Charm ~1.5 Bottom ~5 Top ??? <1995 Tevatron 1995 Mtop 174.3+-5.1 GeV

HetHiggs Deeltje wat weten we nu? Top massa + Wmassa levert voorspelling op voor: de massa van de Higgs…... LEP + Tevatron precisie metingen zijn gevoelig voor hogere orde Quantum Correcties, waar Higgs deeltje rol speelt! Higgs Z b MHiggs<245 GeV W Z b t W Higgs t b The yellow band is excluded by the direct searches at LEP October 2001 Marcel Vreeswijk

ALEPH 4 jet Higgs-candidate Z H H -> bb Z -> qq The Higgs might be just around the corner!!!! Recently, in 2000, direct search at LEP have seen hints for a Higgs with mass 115 GeV!!!! October 2001 Marcel Vreeswijk

The Large Hadron Collider LHC: proton-proton botsingen Ecm=14.000 GeV=14 TeV 8 km  ring (oude LEP) supergeleidende magneten Begin: 2006

The Large Hadron Collider

ATLAS E: calorimetry p: tracking proton proton

NIKHEF involvement in the SCT Meet geladen deeltjes-sporen rond interactie-punt met ~haardikte precisie 2 meter 1.2 meter What? Build 100 silicon strip modules Build all carbon fibre disks (20 = 2 * 9 + 2) Assembly of one Endcap (1000 silicon modules) Fysica simulaties/studies

ATLAS-Muon Spectrometer Muon systeem (impulsmeting 2%) 50mm spatial (sagitta) over 7meter!!! Sagitta is afwijking van rechte lijn=maat voor Impuls Haalbaar door: Magneet veld van Air Core Toroid excellente alignment ~20mm Precisie Muon Kamers ~20mm (RMS) Projective alignment In-Plane Alignment Principe: RASNIK Een magneet spoeltje…. October 2001 Marcel Vreeswijk West side has expansion length o 0.1m in Xras s

Muon Precisie Kamers Aluminium Drift Buizen (3cm) met draad op 3500V Meet drifttijd --> afstand tot draad Een Muon Detector (Kamer) bestaat uit 2x3 Drift-buis-lagen in ATLAS ~1200 kamers; op NIKHEF maken we 100 kamers October 2001 Marcel Vreeswijk

October 2001 Marcel Vreeswijk

Een botsing (event) in ATLAS Om de 25 ns (40 MHz) vliegen er pakketjes deeltje op elkaar. Er kunnen >10 botsingen tegelijk gebeuren. De interessante botsing vinden we door naar hoge impulsen te kijken  Key issue: select high p 

Tot slot…. Wat verwachten we van ATLAS (LHC), vanaf 2006 115 GeV ATLAS 2008 30fb-1 Hoge gevoeligheid voor de Higgs: >5 std. dev.=(ontdekkingslimiet) over breed massagebied Verbeterde meting Top en W massa (test consistentie Standaard Model) Misschien: Nieuwe Fysica (‘Supersymmetrie) October 2001 Marcel Vreeswijk

E measurement e e  Principle: particle looses energy in matter stop particle completely energy  measurable signal (ionization, fluorescence, …) particle direction E/E1% e 

Module building and QA Assembly set-up has been built (Fred Hartjes) First dummy modules have been made: x precision : 2 micrometer y precision : 5 micrometer z precision*:15 micrometer * module thickness Set-up has been built to test read-out and test several modules