CERN en de LHC Ivo van Vulpen Mijn oude huis ATLAS detector Anti-materie Gebouw-40 21 cctober, 2006 Waar is de Anti-materie heen?

De large hadron collider: reis naar het middelpunt van het atoom

Deeltjesfysica Wat zijn de bouwstenen van de dingen om ons heen ? atoom kern Below 10-15 m need 2 extra forces … Transition: What is the current theory ? Wat zijn de bouwstenen van de dingen om ons heen ?

[1] Wow, mooi ! … fascinerende complexe patronen ! 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 ? [1] Wow, mooi ! … fascinerende complexe patronen ! [2] Gewoon 4 gekleurde draadjes en simpel symmetrisch patroon

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 stand van zaken in oktober 2009 http:// pdg.lbl.gov

De elementaire deeltjes Proton up down up down elektron Neutron down up + 4 natuurkrachten

Wat kan je maken met deze 3 bouwstenen ? periodiek systeem van Mendeleev Alles! 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. Voorzitter NWO

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 snappen we nog niet:

Laatste als eerste … ‘ga ik over praten’ Ivo.van.Vulpen@nikhef.nl

Paar ‘kleine’ dingetjes: 96% van de materie in het heelal is van een onbekende stof  donkere materie Waar is alle anti-materie eigenlijk gebleven ? Massa van de deeltjes: het Higgs boson ? … extra dimensies, ladingsquantisatie, supersymmetrie, string theorie, …

Supersymmetrie ? Extra dimensies ? Edward Witten’s laatste inzicht. String theorie ?  Standard Model is ‘effectief’ deel van een meer fundamentele theorie  Model verliest voorspellende waarde rond 1-10 TeV Nieuwe fenomenen bij ~ 10-19 m 2009

kijken zonder je ogen te gebruiken

Licht verstrooit aan objecten die groter zijn dan zijn golflengte 1] Kijken met licht Licht verstrooit aan objecten die groter zijn dan zijn golflengte Met je oog kan je niks zien dat kleiner is dan 10-6 m IR UV 10-6 m 2] Kijken met deeltjes Idee: laat kleine deeltjes afketsen van het object  deeltjes-microscoop: - klein: elektronen microscoop - kleinst: protonen microscoop (LHC)

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

Experiment 1 ? ? Experiment 2 ? ?

Experiment 1 ? Experiment 2 ?

? ? ‘Kijken’ naar sub-atomaire structuren: Experiment 3 Quantum-model Einstein: E=mc2 ‘Kijken’ naar sub-atomaire structuren: 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

The LHC machine Versnellen is een eitje Korter! Council update (vragen ?) TODAY Energie is gelimiteerd door de kracht van 1232 dipool magneten: B= 8.4 T http://public.web.cern.ch/public/en/LHC/Facts-en.html

Energie van 1 proton in de LHC Energie LHC bundel 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 ? Inderdaad nieuwe fenomenen ?

Hoe zien die botsingen er nou uit ? quark quark Simulatie top quark productie quark proton elektron 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. neutrino quark

Onze ‘fototoestellen’

De vier experimenten LHCb Alice ATLAS CMS

ATLAS detector 45 m lang, 25 m hoog, 7000 ton

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)

… hoe ontdek je nou nieuwe dingen ?

Hoe ontdek je nou nieuwe dingen Nieuwe afstandschaal EN nieuwe detector Nieuw ? Normaal muon Ja … waarschijnlijk wel Higgs deeltje ?

… hoe staan we ervoor ? Versneller had een probleem Detectoren hebben fenomenaal gepresteerd … hoe staan we ervoor ?

Atmosferische muonen in ATLAS ~25 Hz atmosferische muonen in ATLAS detector 500 miljoen events, 1.2 Pb ruwe data Projectie oorsprong op grondvlak Access shaft

LHC roadmap: voorzichtige stappen shutdown fysica 2009 2010 2011 j f m a m j j a s o n d j f m a m j j a s o n d j f m a m j j a s o n d wereldkampioen ! Schema LHC: - Stap 1: week 47  450x450 GeV Stap 2: 1.0x1.0 TeV (1 week) - Stap 3: 3.5x3.5 TeV (3 maanden) - Stap 4: 5.0x5.0 TeV (5 maanden) S. Myers, okt-2009 http://lhc-commissioning.web.cern.ch/lhc-commissioning/

Computing

(Grid-) computing ATLAS: 40 miljoen botsingen/sec  200 Hz op tape ‘gewoon’ 3000 PC’s ATLAS produceert 50 Pb per jaar 10 Tier-1 sites (Nikhef/SARA) CERN grid

We zijn er klaar voor Meer dan genoeg vragen Deeltjesversneller Theorie Detectoren Meer dan genoeg vragen … meer dan genoeg ideeën/oplossingen

Heel veel plezier gewenst vandaag Vragen: Ivo van Vulpen E-mail: Ivo.van.Vulpen@nikhef.nl Vanessa Mexner E-mail: vanessam@nikhef.nl

Spin-off: a few examples

Anti-materie in het ziekenhuis: de PET scan Positron (anti-elektron) 1) Injectie radionuclide-bevattende stof  zendt positronen uit [anti-materie] Radionucleide 2) positron botst op elektron van atoom in het lichaam  2 fotonen

Voorbeeld van spin-off: “hadron therapie” Versnellers Meetapparatuur Kennis van deeltjes 1954: 1ste patient 1997: 22.000 patienten Nu: 51.000 patienten

Detectietechnieken: Medipix Minder dosis Hogere resolutie Grote inbreng Nederland (Nikhef)

Omgaan met teleurstellingen Detectoren hebben wel fenomenaal gepresteerd Physics readiness report Iniatief twee Nikhef AIO’s: - focus op atmosferische muonen - participatie in MCnet (Lund) 1800 pagina’s