Deeltjesfysica Nikhef: Nationaal instituut voor subatomaire fysica Ivo van Vulpen

Deeltjesfysica Bestudeert de natuur op afstanden < 10-15 m 10-15 m Below 10-15 m need 2 extra forces … Transition: What is the current theory ? atoom kern Quantum theorie beschrijft alle metingen tot 10-18 m

Zwaartekracht en Electromagnetisme “zelfde krachten … nieuwe modellen” Relativiteitstheorie Newton Einstein Quantummechanica Maxwell Bohr

De kernkrachten 1] Positieve deeltjes stoten elkaar toch af ? 10-10 m 2] Wat houdt de neutrale deeltjes bij elkaar ? 10-10 m 2 nieuwe natuurkrachten: - zwakke kernkracht - sterke kernkracht 10-15 m atoomkern

De aardse materie proton neutron elektron periodiek systeem van Mendeleev Mendeleev 1869. Alle materie op aarde bestaat uit het “up” en “down” quark in atoomkernen en het electron in een baan eromheen. We kunnen alle fundamentele natuur en scheikundige processen op aarde hier mee verklaren.

Particles and Forces. Quarks make up the proton/neutron, the electron (famous), neutrino’s (news) With only 2 colored strings you can make a beautiful carpet  Like it, our simple model describes complex patterns in nature. Transition: Why uncomfortable and why does this picture of nature break down ?

Deeltjes Krachten bouwstenen van proton/neutron elektron 1) Electromagnetisme 2) Zwakke kernkracht 3) Sterke kernkracht Quarks muon Leptons Particles and Forces. Quarks make up the proton/neutron, the electron (famous), neutrino’s (news) With only 2 colored strings you can make a beautiful carpet  Like it, our simple model describes complex patterns in nature. Transition: Why uncomfortable and why does this picture of nature break down ?

Wat willen we weten: Higgs? Massa van deeltjes Neutrino’s Elektron Muon Tau up,down, strange charm Bijzondere voorspelling: Top quark Het Higgs boson: zorgt ervoor dat deeltjes massa kunnen hebben in de theorie bottom

Wat willen we weten: Anti-materie? Waar is de anti-materie gebleven? Geen anti-materie met satellieten Geen anti-materie sterrenstelsels

Laatste als eerste … ‘ga ik over praten’ Donkere materie Maar 4% van alle materie in het heelal bestaat uit ‘aardse materie’  Wat is de rest ?

(nieuwsgierigheid gedreven) Astronomie Deeltjes fysica Fundamenteel (nieuwsgierigheid gedreven) onderzoek Waar is de Anti-materie heen?

Kijken zonder je ogen te gebruiken

1] Kijken met licht Licht verstrooit aan objecten die groter zijn dan de golflengte van het licht  Energie IR UV Röntgen 10-6 m 10-11 m 2] Kijken met deeltjes Quantummechanica: deeltjes zijn golven  microscoop voor zeer kleine afstanden: - klein: elektronen microscoop - kleinst: Large Hadron Collider λ ~ 10-19 m

? onbekend voorwerp achter een gordijn … en 100 kogeltjes bovenaanzicht ? Hoe ketsen de kogels af ?

Situatie 1 ? ? Situatie 2 ? ?

Situatie 1 ? Situatie 2 ?

? ? ‘Kijken’ naar sub-atomaire structuren: Situatie 3 Quantum-model ‘Kijken’ naar sub-atomaire structuren: 1) Kleine kogels maken: Deeltjesversneller 2) Berekenen wat je verwacht voor een hypothese: Theorie 3) Afgeketste deeltjes kunnen bekijken: Detector

De grootste microscoop op aarde de Large Hadron Collider (LHC) op CERN bij Genève

De Large Hadron Collider LHC: 27 km A10: 32 km Geneve Amsterdam

The LHC machine Korter! Council update (vragen ?) TODAY Energie is gelimiteerd door de kracht van 1232 dipool magneten: B= 8.4 T

Logistieke nachtmerrie maar gelukt

De LHC is rond ! “Op 10 september hebben bundels protonen een rondje LHC gemaakt” doorsnede LHC bundel

Energie 1 proton (LHC) Energie LHC bundel Bundel 2 Bundel 1 3000 x 100.000.000.000 protonen Bundel 2 Doorsnede LHC bundelpijp Bundel 1

40 miljoen botsingen per seconde Bundel 1 Bundel 2

Quantummechanisch botsen Klassiek botsen Quantummechanisch botsen proton proton

Wat verwacht je ? Klopt het ?

Albert Einstein Bij de LHC op CERN: Energie omzetten in massa (deeltjes)

Hoe zien die botsingen er nou uit ? quark quark Simulatie top quark productie quark proton Difficult situation: new detector and new theory. ‘A pair of top quarks has it all’. Millions of pictures  learn about properties top quarks. Transition: what do you need to take on such an approach. elektron proton neutrino quark

LHCb ATLAS CMS ALICE

De Atlas detector het grootste fototoestel op aarde energie elektronen en fotonen energie quark-deeltjes positie en impuls geladen deeltjes magneet muon detector mens

De Atlas pixel detector 80 MegaPixel camera 40.000.000 foto’s per seconde

De Atlas SCT detector Foto in de cleanroom op het Nikhef (Amsterdam)

De Atlas Muon Detector Nikhef CERN Beneden in de Nikhef hal mens

De Atlas detector doet het: bundel achtergrond Op 10 september 2008 Atlas detector operationeel tijdens start-up LHC bundel bundel 1 Bundel gestopt op een blok koper

Voor-aanzicht Atlas detector Zij-aanzicht Atlas detector

Die hebben Volkskrant lezers eerder gezien

Ok, het echte werk …

Hoe ontdek je nou nieuwe dingen Nieuwe afstandschaal EN nieuwe detector Nieuw ? Normaal ? muon

Fotootjes kijken 40 miljoen botsingen per seconde ongeveer 1 Higgs boson per dag 1 naald in 40 miljoen hooibergen ….. per seconde !

We zijn er klaar voor LHC versneller Detectoren Theorie 10 september 2008: bundel rond Nu problemen. Herstart april 2009 ATLAS detector klaar … LHCb, ALICE, CMS ook Theorie Meer dan genoeg vragen … meer dan genoeg ideeën/oplossingen

Astro-deeltjesfysica

Kosmische straling p Victor Hess: Nobelprijs 1936 Ontdekking anti-materie, muonen, pionen

Kosmische straling Cosmische straling werd in 1909 per obgeluk ontdekt door Theodor Wulf, een nederlandse priester die dacht natuurlijke straling te zien vanuit de aarde. Om dit te verifieren beklom hij de eiffeltoren en zag tot zijn verbazing dat de stralingsachtergrond hoger werd. Dit was het eerste signaal van cosmische straling. Cosmische stralen zijn meestal protonen (87%) of Helium kernen (12%) die ergens in het heelal versneld worden en botsen met atomen in de atmosfeer, zoals hier is weergegeven. Er worden allemaal deeltjes geproduceerd. De meeste bereiken het aardoppervlak niet, echter een deeltje wel: het zogenaamde muon. Een nieuw deeltje in het spel! 18 oktober 2008

Beneden in de Nikhef hal Het muon deeltje is het belangrijkste deeltje in een cosmische douche dat tot op het aardoppervlak komt. Het is in 1937 geidentificeerd. Het is een zwaardere versie van het electron en kan ook door muren heen. Op dit moment regent het ook hier in de zaal muonen. Vonkenkamer. Beneden in de Nikhef hal

Kosmische straling hard Wie, hoeveel, hoe hard, … ? Flux ( m2 sr s GeV)-1 1 deeltje /m2 per jaar Cygnus -Quasar 1 deeltje /m2 per jaar Active Galactic Nucleus ? 1 deeltje /km2 per jaar Energy (eV)

Pierre Auger detector

Argentinie 1600 tanks, 1.5 km uit elkaar

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

ANTARES detector p   Kijken naar de bodem vande zee Buoy Junction box 350 m 100 m

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

Einde Meer vragen: Ivo.van.Vulpen@nikhef.nl Gabby.Zegers@nikhef.nl