Extra Dimensies VENI dossiernr. 016.059.011 Ivo van Vulpen

Is de zwaartekracht echt wel zoveel zwakker dan de andere 3 natuurkrachten? Binnen atoom/nucleus zijn alle krachten (behalve gravitatie) ongeveer even sterk zwaartekracht ~1040 keer zo klein Nieuwe theorie: zwaartekracht is even sterk als andere krachten, maar lijkt alleen zwak door de aanwezigheid van extra ruimte dimensies Rond de 10-20 m is gravitatie net zo sterk als de andere 3 krachten gevoeligheid over 2 jaar (LHC) voorspelt gravitonen en zwarte gaten

De 3+1 natuurkrachten quantum theoriëen Sterkte Standaard Model onzeker > 1 TeV sterke kernkracht zwakke kernkracht geen quantum theorie gravitatie string theorie? electromagnetische kracht ~1040 Energie (GeV)  afstand-1 Electrozwakke schaal Planck schaal 100 GeV ~10-18 m 1019 GeV ~ 10-35 m

Modellen met extra dimensies 4+n dimensies De gravitatie veldlijnen strekken zich uit in het grote 4+n dimensionale volume 1019 GeV ~ 10-35 m 103 GeV ~ 10-19 m

HOE ? WAT ? WAAR ? De 4 natuurkrachten 1/r2+n 1/r2 New experimental reach Standaard Model onzeker > 1 TeV Sterkte Quantum gravitatie: gravitonen en mini zwarte gaten Afwijkingen van Newtons 1/r2 200 μm 1/r2+n 1/r2 Energie (GeV)  afstand-1

me+e- (GeV) Hoe zie je de extra dimensies: De experimentele signatuur: massaloos graviton met impuls pi (gequantiseerd) in extra dimensie (4+n)-dimensies (4)-dimensies massief graviton met massa mi De experimentele signatuur: R is klein R is groot Gravitonen vervallen in alle deeltjesparen Experimenteel schoonste verval is G → e+e- graviton e+ e- 4dim-voorspelling me+e- (GeV)

LHC versneller: De ATLAS detector: CERN botsings-energie = 14 TeV botsingen elke 25 ns start April 2007 De ATLAS detector: Zeer goede energie en impuls resolutie Deeltjes identificatie in hoge multipliciteit omgeving LHC + ATLAS: Ideale graviton productie en waarneem faciliteit! CERN

BONUS Produceren van mini zwarte gaten: Signaal in de ATLAS detector: Gravitatie is sterk → veel makkelijker om zwarte gaten te maken parton parton Rs critical energy density MBH = 1 TeV: 107 zwarte gaten per jaar Signaal in de ATLAS detector: Een zwart gat ‘verdampt’ via Hawking straling (QM effect) Waarneembaar als hoog-energetische e+e--paren met ongebruikelijke hoekverdeling en deeltjescombinaties Experimenteel signaal geeft ook informatie over n en MD

Discovery Roadmap Relevante ervaring: Tijdsplanning: Gewerkt bij verschillende experimenten en ruime ervaring met data-analyse Higgs search en e+e- → ZZ bij DELPHI (LEP) (promotie) Electron en foton detectie en reconstructie (LHC) (CERN research fellow) Voorbereiding data-analyse voor LHC experimenten (post-doc) Tijdsplanning: start data-taking 2005 2006 2007 2008 2009 ontwikkelen nieuwe detectie- technieken & zoekstrategie publicatie ‘calibratie’ en ontdekking extra dimensies calibratie (op bestaande processen)

Mogelijk revolutionaire inzichten in structuur ruimte-tijd