De LHC: Zoektocht naar de elementaire bouwstenen van de Natuur Niels Tuning (Nikhef) 25 mei 2012.

Presentatie over: "De LHC: Zoektocht naar de elementaire bouwstenen van de Natuur Niels Tuning (Nikhef) 25 mei 2012."— Transcript van de presentatie:

1 De LHC: Zoektocht naar de elementaire bouwstenen van de Natuur Niels Tuning (Nikhef) 25 mei 2012

2 Zoektocht naar de elementaire bouwstenen van de Natuur

3 Deeltjesfysica Bestudeert de natuur op afstanden < 10 -15 m atoom kern Quantum theorie beschrijft alle metingen tot 10 -18 m (Ter vergelijk: 10 +18 m = 100 lichtjaar) 10 -15 m

4 Machten van tien … Heelal 10 26 m Melkweg 10 21 m Zonnestelsel 10 13 m Aarde 10 7 m Spin 10 -2 m Atoom 10 -10 m Kern 10 -15 m Botsingen 10 -18 m

5 Elementaire deeltjes fysica Vragen die de mensheid al 2000 jaar bezighouden:  Wat zijn de bouwstenen van de materie ?  Welke krachten werken op deze bouwstenen ? Demokritos atoom Newton krachten Maxwell electromagnetisme Einstein van alles… 400 v.Chr. 1687 1864 1905

6 Wat is het nut van dit onderzoek? Fundamenteel onderzoek –Kan leiden tot verrassingen, Soms zelfs nuttig… Maar per definitie van te voren onbekend “Zonder relativiteits- theorie zit de GPS er 10km/dag naast!”

7 Wat is het nut van dit onderzoek? Fundamenteel onderzoek –Heeft nuttige bij-effecten Medische toepassingen Internet Opleiden van onderzoekers voor de maatschappij (Philips, ASML, etc, etc) PET scanwww

8 Zoektocht naar de elementaire bouwstenen van de Natuur

9 De stand van zaken in maart 2009 http:// pdg.lbl.gov

10 up down elektron De elementaire deeltjes Proton up down Neutron down up

11 Wat kan je maken van deze 3 bouwstenen? periodiek systeem van Mendeleev Alles!

12 De elementaire deeltjes quarks Niet één serie, maar drie! leptons (1956) u d I e e (1895) t b III   (1973) (2000) (1978) (1995) c s II   (1936) (1963) (1947) (1976)

13 De elementaire deeltjes Lading + 2/3 e - 1/3 e - 1 e 0 e quarks Generatie: leptons Materie (1956) u d I e e (1895) t b III   (1973) (2000) (1978) (1995) c s II   (1936) (1963) (1947) (1976)

14 Fundamentele deeltjes en deeltjesversnellers Is dit alles? Lading + 2/3 e - 1/3 e - 1 e 0 e quarks Generatie: leptons Materie (1956) u d I e e (1895) t b III   (1973) (2000) (1978) (1995) c s II   (1936) (1963) (1947) (1976)

15 Anti-materie Revoluties begin vorige eeuw: –Relativiteitstheorie –Quantum Mechanica Paul Dirac (1928): relativistische quantum theorie! Voor elk materiedeeltje bestaat een anti-materiedeeltje! Anti-materie deeltje: Zelfde massa Tegenovergestelde lading

16 De elementaire deeltjes Lading + 2/3 e - 1/3 e - 1 e 0 e quarks leptons Materie (1956) u d I e e (1895) t b III   (1973) (2000) (1978) (1995) c s II   (1936) (1963) (1947) (1976)

17 De elementaire deeltjes - 2/3 e + 1/3 e + 1 e 0 e u d c s t b e   e   Anti-materie Lading III I II Lading + 2/3 e - 1/3 e - 1 e 0 e quarks leptons Materie (1956) u d I e e (1895) t b III   (1973) (2000) (1978) (1995) c s II   (1936) (1963) (1947) (1976)

18 Hoe maak je anti-materie?? e+e+ e-e- Albert Einstein: E=mc 2 materie + antimaterie = licht ! (en vice versa) e+e+ e-e-

19 Anti-materie in ziekenhuizen: de PET-scan e+e  e+e  e+e  e+e  

20 Wat snappen we nog niet:

21 I. Wat snappen we nog niet? “Anti-materie” Waar is de anti-materie gebleven? Geen anti-materie met satellieten Geen anti-materie sterrenstelsels

22 II. Wat snappen we nog niet? “Higgs” Massa van deeltjes Neutrino’s Elektron Muon Tau up,down, strange Top quark bottom charm Het Higgs boson: zorgt ervoor dat deeltjes massa kunnen hebben in de theorie Bijzondere voorspelling:

23 We hebben al die tijd maar 4% van het heelal bestudeerd! Temperatuurfluctuaties structuur van het heelal Rotatie-curves Gravitationele lens Wat is de donkere materie ? III. Wat snappen we nog niet? “Donkere materie”

24 Wat snappen we niet? Drie Grote Vragen Anti-materie?? (waar is het gebleven) Donkere materie?? (wat klonterde de sterrenstelsels) Higgs?? (wat maakt deeltjes zwaar)

25 Waar is de Anti-materie heen?AstronomieDeeltjesfysicaFundamenteel (nieuwsgierigheid gedreven) onderzoek

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

27 De LHC deeltjesversneller Geneve

28 De Large Hadron Collider GeneveAmsterdam LHC: 27 km A10: 32 km

29 The LHC machine Energie is gelimiteerd door de kracht van 1232 dipool magneten: B= 8.4 T

30 Logistieke nachtmerrie maar gelukt

31 Bundel 1 Bundel 2 40 miljoen botsingen per seconde

32 Klassiek botsen Quantummechanisch botsen proton

33 Niels Tuning Open Dag 2008 Botsingen van Deeltjes

34 Wat verwacht je ? Al 30 jaar bestaan er precieze wiskundige voorspellingen!

35 Albert Einstein Bij de LHC op CERN: Energie omzetten in massa (deeltjes)  je kan nieuwe deeltjes maken

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

37 ATLAS LHCb ALICECMS

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

39 80 MegaPixel camera 40.000.000 foto’s per seconde De Atlas pixel detector

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

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

42 Higgs  ZZ  4 leptonen klein aantal schitterende botsingen 30.000 Higgs bosonen Met Higgs 68 events 4-lepton massa 4-lepton massa (GeV) m H = 150 GeV m H = 190 GeV m H = 360 GeV ‘overig’ 52 events Maar 1 op de 1000 Higgs bosonen vervalt naar 4 leptonen 50% kans dat ATLAS detector ze allemaal goed terugvindt 16 Higgs  4 lepton events higgs Z Z h  ZZ  l + l - l + l - l+l+ l-l- l-l- l-l-

43 γγ invariante massa (GeV) ATLAS Preliminary Hypothetisch Higgs signaal (m h = 120 GeV) 100 110 120 130 140 150 160 Hypothetisch Higgs signaal (m h = 120 GeV) ATLAS Preliminary γγ invariante massa (GeV) piekje ? Higgs  2 fotonen higgs foton h  γγ verval

44

45 De LHCb Outer Tracker Beneden in de Nikhef hal

46 23 sep 2010 19:49:24 Run 79646 Event 143858637 The LHCb Detector

47 LHCb: onderzoek B-verval 1)Vindt verschillen tussen materie en anti-materie 2)Vindt nieuwe deeltjes b s s b b s μ μ

48 LHCb: onderzoek B-verval 2)Vindt nieuwe deeltjes b s μ μ B 0 s → μμ B 0 s → μμ?

49 Wat is donkere materie? Waar is de anti-materie gebleven? Waarom is zwaartekracht zo gek ? De grote vragen Niels.Tuning@nikhef.nl Zoektocht naar de elementaire bouwstenen van de Natuur

50 EINDE