Fundamenteel onderzoek naar elementaire deeltjes Ivo van Vulpen = Nationaal Instituut voor Kern en Hoge Energie Fysica

structuur van atomen 10-10 m Rutherford: negatief geladen electronen rond een kleine positief geladen kern 10-10 m Bohr: Specifieke electron banen en quantum mechanica Steeds kleiner en kleiner en kleiner en kleiner: kern bestaat uit protonen en neutronen 10-15 m

Atoomkernen en de electromagnetische kracht: Wat houdt al die positief geladen protonen bij elkaar ? Positieve deeltjes stoten elkaar toch af ? Wat houdt die neutrale deeltjes eigenlijk bij elkaar ? Als een vrij neutron maar 900 s leeft waarom vervallen atoomkernen dan niet ? Er zijn meer krachten: zwakke en sterke kernkracht

Is het proton een positief geladen puntdeeltje …. of niet ? 10-15 m proton Dit kan je niet zien met een gewone microscoop … De golflengte van het licht is veel te groot om een atoomkern te ‘voelen’

(2) ‘kijken’ met deeltjes (1) Kijken met licht Energie golflengte Rontgen Ultra Violet Infra rood 10-11 m 10-6 m (2) ‘kijken’ met deeltjes Bijv: electronen microscoop Quantum mechanica: deeltjes zijn ook golven Deeltjes met hoge energie in deeltjesversneller  microscoop voor afstanden kleiner dan een proton  ~ 10-18 m

Is het proton een positief geladen puntdeeltje …. of niet ? 10-15 m electron electron Nee! Het proton blijkt opgebouwd uit quarks

proton neutron up down up up down down Bouwstenen: Massa: 938 MeV 939 MeV Lading: +1 0 Levensduur: ∞ 900 sec

Periodiek systeem der elementen H = 1 proton + 1 e- Waterstof H 2 x + 1 x + 1 x De 3 bouwstenen: up quark down quark electron Au Goud 276 x + 315 x + 79 x Au = 79 protonen + 118 neutronen + 79 e-

Elementaire deeltjes ... er blijken 3 families te zijn (I) (II) (III) e   e   up charm Top down strange Bottom Krachten ... 3 krachten (quantum theorie) 1) Electromagnetisch foton () 2) Zwakke kernkracht W+, W-, Z 3) Sterke kernkracht gluonen (8) 4) Zwaartekracht is een vreemde kracht: geen quantum theorie en veel zwakker dan andere krachten

Veel open vragen die het Standaard Model niet beantwoordt: Kan de zwaartekracht niet toetreden tot het Standaard Model ? Wat is de oorsprong van de massa van de deeltjes ? (Higgs boson) In hoeveel dimensies leven we ? Hebben we nu echt de fundamentele elementaire deeltjes ? Zijn er nieuwe symmetrieen in de natuur ? Waarom zijn er slechts drie families van fermionen ? Waarom is er meer materie dan anti-materie in ons universum ? Zijn protonen stabiel ? Wat is die donkere materie en donkere energie ? Wat zullen we observeren bij nog hogere temperaturen of energiën ? Waarom zijn de neutrino massa’s zo klein ? Er zijn nog veel vragen open

De grootste miscoscoop op aarde de ‘Large Hadron Collider’ (LHC) op CERN bij Genève

Hoe groot is de LHC eigenlijk ? Amsterdam

De CERN versneller tunnel 27 km lang, 100 m onder de grond

De LHC magneten

De Tunnel

De Tunnel

De Large Hadron Collider (eigenschappen) ~ 3000 x 3000 100 miljard 7 TeV 10 miljoen sec-1 Totale LHC energie: 600.000 miljard muggen 60 x energie Bugatti Veyron met 360 km/uur  Door het oog van een naald en wachten op een botsing!

Albert Einstein Op CERN spelen we Einstein: 1) Energie omzetten in massa (deeltjes) 2) Onderzoek naar de eigenschappen van de deeltjes en krachten

‘gewoon’ even uitrekenen wat je verwacht Klopt het ?

Het grootste fototoestel op aarde de ‘ATLAS detector’

Een gat in de grond … ongeveer 100 meter diep

Juli 2003

Oktober 2004

Juli 2005

Hoe gaat het vandaag met ATLAS ? http://atlaseye-webpub.web.cern.ch/atlaseye-webpub/web-sites/pages/UX15_webcams.htm Woensdag 7 Januari 2006

Oude LEP detector CMS detector dwarsdoorsnede

Doorsnede van de CMS detector impuls en lading geladen deeltjes energiemeting electronen en fotonen energiemeting hadron deeltjes (quarks) detectie van muonen

NIKHEF bouwt deel van de ATLAS detector … en ook van de LHCb en de ALICE detector ATLAS SCT detector

Computing ‘problemen’: Een typische botsing Computing ‘problemen’: 1) Heeeeeel veel opslagruimte: 1 Mb per event  1000 Tb/jaar 2) Heeeeeel veel computers:  minimaal 9000 computers GRID: verdeel rekenkracht en opslag over de hele wereld.  NIKHEF een van de eerste Bewaren: 100 per seconde Analyseren: 90 seconde

Het NIKHEF doet fundamenteel onderzoek (de bouwstenen van de natuur) Samenvatting Het NIKHEF doet fundamenteel onderzoek (de bouwstenen van de natuur) De LHC gaat bijna beginnen ... NIKHEF doet mee! Meer informatie: Gabby.Zegers @ nikhef.nl of Ivo.van.Vulpen @ nikhef.nl