Christophe Clément (Stockholms Universitet)

Transkript

1 Svenska Lärare på CERN Christophe Clément (Stockholms Universitet)

2 Översikt 1. Varför bygger vi LHC & ATLAS experimentet? 2. Hur funkar ATLAS experimentet? 3. Material

3 Varför bygger vi LHC & ATLAS experimentet? t?

4 Materians minsta beståndsdelar... Minsta beståndsdelar 1932

5 Particle zoo π + π π 0 η' Eta-Prime Pions η Eta ρ + ρ ρ o Rho K + K K 0 Kaons φ Mesons Phi Δ ++, Δ +, Δ 0, Δ Σ +, Σ 0, Σ Sigma (strange!) Delta Λ 0 Lambda (strange!) Ξ 0, Ξ Ksi (very strange!) BARYONS What was the underlying structure?

6 Partikelfysikens Standard Modell Fermioner = materia Bosoner= kraftmedlare

7 Naturens krafter och kraftförmedlare

8 Big bang Particle Physics pushes the limit of knowledge towards shorter times t=0 t 10μs t 1ms t=0 Big Bang t~10 µs Quark-Gluon-Plasma t~1 ms Nuclear Matter

9 Big bang En The enda reconstruction kraft? of the History of the Universe Energin hos LHC Universum blir kollisioner genomskinlig 2.7 K CMB

10 Förening av naturens krafter? ka s styrk raftens Kr String theory? Energi

11 Standard Modellen Standard modellen - Väldigt nogranna numeriska förutsägelser - Föklarar ett väldigt brett spektrum av verkligheten Men - Partiklarna är masslösa utan Higgs bosonen Hitta Higgs bosonen! - Hierarki problem: varför är partikel massorna så små jämfört med föreningen - ~20 fundamentala parametrar (1 för Newtons gravitations teori) - ingen gravitation Icke slutlig teori Väntar på nya fenomen vid LHC energin

12 Tips från Universum Evidence for Dark Matter (1933) Mass of luminous matter = 10% Gravitational mass

13 Mörk materia MORE EVIDENCE FOR DARK MATTER Orbital speed vs Distance from center (Kepler - expect r -1/2 dependence) One central mass (Sun) Milky Way

14 Universe AND EVEN MORE EVIDENCE FOR DARK MATTER GRAVITATIONAL LENSING

15 Universums utvidgning accelerar Evidence for Dark Energy

16 Mörk energi: accelererad utvigdning

17 Universums totalla innehåll The most precise observation today (WMAP) COBE (7 degree resolution) WMAP (0.25 degree resolution)

18 Universum när den var år gammal

19 Composition i of the cosmos Produktion av detta vid LHC? Tips om vad detta Tips om vad detta kan vara?

20 Supersymmetry The most precise observation today (WMAP) Starta fråm Standard Lägg till 1 Susy partner modellen per SM partikel

21 Lättaste t SUSY partikel stabil = - växelverkar svagt -tung From EGRET, 2005 WIMP MASS - hints från astropartikelfysik GeV Löser hierarki problemet Kraftförening Förre Ursprunglig mat+antimat Nu Asymmetri mellan materia och anti materia Sträng teorier behöver SUSY för att kunna innehålla materiapartiklar Frågor som olika teorier (som Susy) försöker besvara. LHC mål: besvara dessa frågor Blue: WIMP mass uncertainty

22 Fysik Motivering foer ATLAS Higgs boson Kan man producera mörkmateria i labbet? Vad aer mörkmateria? Supersymetri? Partiklar at a som propageras popageasin andra dadimensioner so e (Kaluza auaklein)? Ett helt zoo av möjligheter... Gravitation och andra krafter förenas vid ~TeV skalan? Icke elementära kvarkar och leptoner? Varför finns det 3 kvark/lepton familjer? Hur lägger vi in gravitation i bilden? Varför finns det ingen antimateria kvar?...

23 Hur funkar ATLAS experimentet vid LHC?

24 Large Hadron Collider (LHC) = Stor Hadron Kolliderare (27km) Hadron = Partiklar som består av kvarkar tex: protoner, och bly kärnor (= många protoner och neutroner) p-p med 14 TeV LHC-B CMS ATLAS ALICE

25

26

27 Elektron, foton, hadron detektorer (Kalorimeter) Spårdetektorer

28

29 ATLAS Spårdetektor Syftet Hitta spåren av laddade partiklar Rörelsemängd och laddning Kollisionspunktens exakta position Vilken typ av kvark skapade spåret?... Kisel detektorer kiselpixlar och 'remsor'... ~80 Megapixlar kamera 40 miljoner 'kort' per sekund p p

30 Med magnetfält Kosmiska myoner i ATLAS på riktigt...

31

32 ATLAS Kalorimetrar En kalorimeter maeter den totalla energin hos en partikel genom att absorbera den. Mäta energi och riktning hos elektroner, fotoner, hadroner

33 Elektromagnetiska kalorimetern fotoner & elektroner Hadroniska kl kalorimetern

34 Partikelskur i en kl kalorimeter Grundprincipen för energimätning med en kalorimeter 1.Inkommande partikel med energi ie o ger en skur (i absorbern) b av N sekundära partiklar 2.Skuret stannar när dem sekundära partiklarna når en låg energi E s. 3.Alla 'låg' energi sekundära partiklar ger ungefär samma utslag U= k x E s 4.Kalorimetern mäter Etot = N x U = N x k E s ~ E o, k = kalibreringskonstant. Beroende på partikel typen (hadron eller elektron/foton) går skuret olika djupt, och s varierar också kalibreringen.

35 ATLAS Myon Spektrometer

36 Efter kalorimetrarna, endast myoner kvar, resten blir abosrberad innan. Myonerna laemnar traeffar efter sig. Magnetfaelt ger roerelsemaengd maetning g g g g (+ laddningen)

37 Data lagring Studera sällsynta processer => 40 miljoner kollisioner/s En kollision = 1.5MB data 40 miljoner kollisioner/s = x 1.5 MB = MB/s = Terabyte/s(= stor hårddisk/s eller ~1000 CD/s)= För mycket eftersom vi kommer att ta data i ~10 år. Det mesta aer kändfysik, p-p kollisioner där man producerar inget annat än väl kända hadroner. Strategi= filtrera bort ointressanta kollisioner

38 World Wide Grid Filtrering CERN Computing Center: Första steget i data processering och lagring

39 Litet t material om ATLAS för lärare och elever Svenska Lärare på CERN

40 Europeiska Partikelfysik Masterclasses 2005 och 2006 Organiseras av EPPOG (European Particle Physics Outreach group) En vecka om partikelfysik för studenterna i Europa 60 europeiska institut 3000 studenter varje år 18 länder (+ US 2006) En dag utbilding för lärarna Information material Broschyrer från CERN and DESY (Erik Johansson <kej@physto.se>) CD med partikelfysik Videokonferens med CERN om dataanalys Fortsätter naesta aar Man måste söka och det händer på ett universitet Stockholm, Uppsala, Lund Svenska Lärare på CERN

41 Med ATLAS Studentutmaningen kan gymnasieelever delta i analysen av ATLAS data, genom att studera riktiga kollisioner mha riktiga analysverktyg. Under utveckligen Kontakt person I Sverige: Erik Johansson (Stockholms Universitet ) kej@physto.se Svenska Lärare på CERN

42 Hands on CERN... Utforska materians minsta beståndsdelar i flera lektioner... Använd data från DELPHI experimentet Finns på svenska Webb-baserad utbildningspriser 2004 & Svenska Lärare på CERN

43

44 Andra intressanta länkar ATLAS experimentet för allmänheten Bilder, broschyrer, animefilmer (vinnare av 4 internationella priser) Om hur man bygger detektorn, hur man detekterar partiklar, Hur man analyserar data QuarkNet: Particle adventure Svenska Lärare på CERN

45 Naagra kurser paa Stockholms Universitet Fysik- så funkar det! (Fy1200) God och hdålig vetenskap (Fy6080) The physics of music (Fy1140) Materiens minsta byggstenar (Fy1530) Svenska Lärare på CERN