CERN-Masterclass “Hands on Particle Physics”: Tagesprogramm · Martin zur Nedden, HU Berlin...
Transcript of CERN-Masterclass “Hands on Particle Physics”: Tagesprogramm · Martin zur Nedden, HU Berlin...
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 1
CERN-Masterclass “Hands on Particle Physics”: Tagesprogramm
• 10.00: Begrüßung
• 10.30 – 12.30: Vorträge (HS 1‘201, NEW 15)
• 10.30: Ein Universum voller Teilchen (M. zur Nedden) Einführung in die Teilchenphysik• 11.45: Das Unsichtbare sichtbar machen (U. Schwanke) Detektoren und Wechselwirkung von Teilchen mit Materie
• 12. 30 – 13.30: Mittagessen (Oase)
• 13.30 – 14.45: PC-Übung (im Schrödinger - Zentrum)
• 14.45 - 15.00: Pause
• 15.00 – 16.15: Vorträge: Elementarteilchenphysik in Berlin und Brandenburg
• Von Berlin nach Genf, Afrika und zum Südpol
• 16.30 – 18.00: Europaweite Videokonferenz (Schüler) (Schrödinger-Zentrum)
bzw. Diskussion über Teilchenphysik an der Schule
• 18.00: Ende
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 2
Personen
• Adelheid Sommer, DESY Zeuthen• Dr. Martin zur Nedden, HU Berlin• Dr. Ullrich Schwanke, HU Berlin• Dr. Oliver Kind, HU Berlin• Ruth Herberg, Michelangelo Giorgi, Rocco
Mandrysch, Holger Schulz, Jan Taudin und Andreas Hartmetz (all HU Berlin)
• Veronika Fetting, HU Berlin
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 3
Ein Universum voller Teilchen
Einführung in die Elementarteilchenphysik
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 4
Rutherfords Atommodell
10-14 m 10-8 m
Kern : Atom = 1 : 10 000 ⇒ das Atom ist (fast) leer !
Und das Atom ist nicht unteilbar – es besteht aus Elektronen und dem Kern
Sind diese wiederum fundamental?
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 5
Der Aufbau der Materie
10-15 mProton
10-9 mMolekül
10-14 mAtomkern
<10-18 mQuark,
10-10 mAtom
1/10.000 1/10
Elektron, Quark: <10-18m = 0,000000000000000001m
~ 0,01 mKristall
1/10.000.000 1/10 1/1.000
Elektron
Stecknadelkopf: 10-3m = 0,001m
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 6
Streuversuche: Unsichtbares Sichtbar machen
E.Rutherford: Struktur der Atome durch Streuversuche
Goldatome in einer Folie
Rutherford Applet
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 7
Experimente mit Teilchenstrahlen
Teilchenstrahlen höchster Energie notwendig, dennmit steigender Energie E (bzw. Impuls p) der Projektile steigt • die Fähigkeit,
kleine Strukturen Δx zu erkennenΔx Δp = ħ (Heisenberg)
• die Fähigkeit, neue schwere Teilchen zu erzeugenE = mc2 (Einstein)
• Streuexperimente:– Kollision von Teilchenstrahlen mit Materie– Kollision von zwei Teilchenstrahlen
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 8
Teilchen als Kraftvermittler
Austauschteilchen sind die Quanten der Kraftfelder
pp
nn
nn
p
pppp
n
nnp
pnp n
p
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 9
Wie sieht man Quarks? Quarks im Proton
Elektron
Elektron
Proton
γElektron
Elektron
Proton
γ/ΖQuark-Jet
Elektron
Quark-Jet
H1-Detektor
Proton-Elektron Kollisionen bei HERA (DESY):Schwerpunktsenergie von 320 GeV entspricht einer Ortsauflösung von 10-18 m
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 10
Jet
Jet
e+ e–
quark
antiquark
Erzeugung von Quarks und Antiquarks aus Energie
man sieht Bündel neuer Teilchen
Warum sieht man keine einzelen Quarks?
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 11
Die starke Kraft: „Quantenchromodynamik“Quarks erscheinen nur im Verband (Bsp Proton = |uud> , Neutron = |ddu>)Quarks erscheinen frei beweglich im Verband
Eigenschaft der starken Kraft:- die notwendige Energie zum separieren von Quarks wächst mit dem Abstand (Analogie: Federkraft)- Gluonen tragen Farbladung und koppeln aneinander- Quarks sind eingesperrt, es gibt nur farbneutrale Objekte
Grund:3 Ladungen: rot, grün, blau
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 12
Bausteine der Materie: Quarks und Leptonen
0
-1
+2/3
-1/3
LADUNGStrukturlose, fundamentale Teilchen: Alle Leptonen
Teilchen mit innerer Struktur:Proton, Neutron,….aufgebaut aus Quarks
Stabile Materie: up- und down-Quark, Elektronen
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 13
Systematik in der Welt der Teilchen
3 Familien von Quarks und Leptonen
Brauchen nur 1. Familie für die stabile Materie:
Proton= |uud> , Neutron= |udd> , Elektron = e
Systematik ↔ Symmetrien
+ Kraftteilchen γ, W±, Z0, 8 Gluonen, Graviton
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 14
Materie und Antimaterie
Entdeckung des Positrons = Antielektron
Symmetrie der Materie und Antimaterie:
Teilchen mit gleicher Masse, aber umgekehrte Ladungen
Teilchen-Antiteilchen entstehen als Paar aus Energie und vernichten sich als Paar
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 15
Vom Beschleuniger zum Collider
Ein Beschleuniger lenkt einen Strahl von beschleunigten Teilchen auf ein festes Ziel.
Collider – zwei kombinierte Beschleuniger:Zwei Teilchenstrahlen werden beschleunigt
und zur Kollision gebracht:Größere Enerergien werden erreicht
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 16
Nützliche Einheiten für Teilchen
● Größe:1 fm = 1 Femtometer („Fermi“) = 10-15 m(1 µm = 1.000.000.000 fm)
• Energie:1 ElektronVolt = 1eV
1 KiloElektronVolt = 1 keV = 1000 eV1 MegaElektronVolt = 1 MeV = 1.000.000 eV1 GigaElektronVolt = 1 GeV = 1.000.000.000 eV
• 1 GeV: „viel“ für ein Teilchen, aber makroskopisch winzig:könnte Taschenlampe (1,6 Watt) für ganze0,000.000.0001 Sekunden zum Leuchten bringen
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 17
Arten von Collidern● Elektron-Positron-Collider: Präzisionsmessungen
– LEP, CERN in Genf bis 2000 (bis 105 GeV pro Strahl)– ILC (International Linear Collider) ab 2015(?)
● Elektron-Proton-Collider: Substrukturmessungen– HERA, DESY in Hamburg, bis 2007 (e: 30 GeV, p: 920 GeV)
● Hadron-Hadron-Collider: Enteckungsmaschienen– TEVATRON, FERMILAB in Chicago, bis 2009 (900 GeV pro Strahl)– LHC, CERN in Genf (Large Hadron Collider, Proton-Proton) ab 2008 (7000 GeV pro Strahl)
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 18
Die Schwache Wechselwirkung
1. Zerfall eines freien Neutrons:Schwache Wechselwirkung!
Quark-Umwandlungsprozess!
2. Nähere Untersuchung an Beschleunigern
Entdeckung des Austauschteilchens!
Beobachtung von “Neutralen” Strömen:
3. Genaue Untersuchung der neutralen Ströme
f: Fermion
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 19
Das Z-Boson
● eins der drei Botenteilchen (Austauschteilchen) der schwachen Wechselwirkung
● elektrisch neutral● Zerfällt in “Fermionen”:
– Quark-Antiquark-Paare (im Detektor als zwei Jets sichtbar)– Lepton-Antilepton-Paare: – Neutrino-Antineutrino-Paare:– unbekannte Teilchen?
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 20
Erzeugung von Z-Bosonen am Beschleuniger
Z0-Boson: grosse Masse, resonatne Erzeugung, wenn die Energie gleich der Masse ist
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 21
Zerfallskanäle des Z-Bosons
f: Fermion
Vorhersage der Theorie: Zerfallswahrscheinlickeit für alle drei Leptonen gleich
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 22
Die Zerfälle des Z-Bosons
● Was ist eine Zerfallsbreite?– Heisenberg'sche Unschärferelation:– Masse und Energie sind äquivalent– jedes instabile Teilchen hat eine Energieunschärfe, die sich als
Massenunschärfe bemerkbar macht – Beispiel: W-Boson
● Punkte: Daten● farbige Flächen:
theoretische Modelle● Z-Boson:
– Zerfallsbreite 2.5 GeV– Lebensdauer 10-25 s
Breite
Masse
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 23
Die Zerfälle des Z-Bosons
● Messungen:– Auszählen der Zerfallsarten:
● Wieviele Ereignisse in jedem Zerfallskanal?● Stimmen die vorhergesagten Verhältnisse?
– Vergleich mit der Zerfallsbreite:● Wieviele Sorten Neutrinos gibt es?● Gibt es noch andere (vorher nicht entdeckte) Teilchen, die leichter als die halbe Z-Masse sind?
● Verifikation der Vorhersagen der Theorie:– Zerfall in Leptonen gleich wahrscheinlich („Leptonuniversalität“ = Myonen und Taus verhalten
sich wie Elektronen)– Zerfall in Quarks viel wahrscheinlicher als Zerfall in geladene Leptonen – Summe aller Zerfälle ergibt Zerfallsbreite
Zerfallsbreite
Neues?
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 24
Big Bang
100 GeV
10 -10 s
10 -37 s
1015 GeV10 -43 s
1019 GeV
Die Vereinheitlichung der Kräfte
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 25
Messung der Vereinheitlichung
Messsung bei HERAam DESY Hamburg
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 26
Messung der Elektroschwachen Vereinheitlichung
Neutraler Strom:EM oder schwache Wechselwirkung
Geladener Strom:Nur schwache WW
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 27
Übersicht
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 28
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 29
Wozu Beschleuniger und Detektoren?
● Materie um uns herum ist aus Teilchen der ersten Generation/Familie aufgebaut: Protonen, Neutronen, Elektronen, Elektron-Neutrinos
● alle anderen Teilchen müssen produziert werden– : benötige Energie, um die Massen zu erzeugen– hochenergetische Beschleuniger notwendig
● Teilchen sollen nachgewiesen werden: Detektoren (Vortrag U. Schwanke)
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 30
Warum hohe Energien?
● Energie = Kraft × Weg● Energie = Masse × c2
Energie: - Abtasten von Strukturen - Aufbrechen von Strukturen - Erzeugung von neuer Materie: E=mc2
1 Elektronenvolt = Energie eines Elektrons nach Durchlaufen einer Spannung 1 Volt
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 31
Wie beschleunigt man ein Teilchen?
Mit einem elektrischen Feld!
Dies ist nur möglich mit elektrisch geladenen Teilchen!
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 32
Wie lenkt man ein Teilchen?
Mit einem Magnetfeld!
Teilchenbahn
magnetisches Feld
sehr starke Magnetfeldernotwendig:
● hoher Stromverbrauch● nur möglich mit supraleitenden Magneten
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 33
Der Fernseher – ein kleiner Beschleuniger
Energie der Elektronen: ca. 25000 Elektronenvolt (eV)(d.h. Elektronen werden mit 25000 Volt Spannung beschleunigt)
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 34
Mikroskope der Teilchenphysik: Beschleuniger
● Haben Sie auch daheim!
• Funktionsprinzip:Simulation
• Linearbeschleuniger: • Fermilab, Chicago (in Betrieb)• DESY, Hamburg (in Planung)
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 35
Verschiedene Arten von Beschleunigern
Simulation
Linearbeschleuniger: Speicherring:
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 36
LEP: Der Large Electron Positron Collider
OpalDelphi
L3
Aleph
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 37
LHC am CERN
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 38
Blick in den LEP-Tunnel
LEP-Tunnel:Umfang von 27 km
Wenige Zugänge:lange Transportwege
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 39
LEP: Magnete und Beschleuniger
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 40
Beschleuniger-Systeme am CERN
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 41
Neue Teilchen enstehen ...
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 42
... und sollen nachgewiesen werden!
Wie kann man unsichtbare Teilchen überhaupt sehen????
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 43
Teilchenphysik in Berlin/Brandenburg
Experimente an Beschleunigern: DESY Hamburg:
Experiment ZEUS am ep-Speicherring HERA (bis 2007)
CERN in Genf Experiment ATLAS am pp-Speicherring LHC
Enge Zusammenarbeit mit DESY Zeuthen
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 44
Teilchenphysik in Berlin/Brandenburg
Experimente der Astroteilchenphysik: Hochenergetische Gamma-Strahlung
Experiment H.E.S.S. In Namibia
Neutrino-Astrophysik Experiment Amanda/Ice Cube am Südpool
Enge Zusammenarbeit mit DESY Zeuthen
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 45
Offene FragenDas Standard-Modell der Teilchenphysik hat bis jetzt
allen experimentellen Tests standgehalten.Dennoch ist vieles unverstanden:
• Woher kommt die Masse (Higgs-Teilchen)?• Gibt es eine fundamentale Kraft?• Welche Symmetrie liegt unserer Welt zugrunde?• Gibt es zusätzliche Dimensionen?• Kennen wir alle Teilchen (Supersymmetrie)?
Um Neues zu entdecken, muss man neue Dinge tun:Der Large Hadron Collider (Proton-Proton) mit den Experimenten ATLAS und CMS amEuropäischen Forschungszentrum CERN in Genf
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 46
Ursprung der Masse: Higgs-TeilchenHatten gesehen:
• perfekte Symmetrie ohne Masse• Kräfte beschreibbar durch Eichtheorien: Forderung: Austauschteilchen müßen masselos sein
Erfüllt für Photon und Gluon,Aber nicht für W- und Z-Bosonen
Konsequenz: → Symmetrie muss gebrochen sein ←
• Symmetriebrechung erzeugt neues, massives Feld: Higgs-Feld• Konsequenz der Symmetrie-Brechung: W- und Z-Bosonen werden massiv• Erzeugung von Massen durch Kopplung an das Higgs-Feld• Teil des Standard-Modelles, noch nicht entdeckt
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 47
electron
selectron
quark
squark
photon
photino
vereinigtBosonen mit Fermionen
Kraft mit Materie
Fermion
Boson
Boson
Fermion
Super-Symmetrie
Super-Symmetrie
Erweiterung des Standard-Modelles
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 48
Vereinigt die Grundkräfte und liefert
mPl
MX ~ 1014 GeVτp ~ 1031 a
MX ~ 1016 GeVτp ~ 1038 a
• einen Vereinigungs-Punkt bei MX = 2·1016 GeV !
• Proton-Lebensdauer > expt. Grenze • leichtestes SUSY-Teilchen Dunkle Materie im Universum !• beseitigt mathemat. Inkonsistenzen
in der Theorie
Supersymmetrie
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 49
Wozu den LHC?
● Steigerung der Schwerpunktsenergie (Energie, die zur Erzeugung neuer Teilchen zur Verfügung steht) von 1800 GeV auf 14000 GeV
● Erlaubt die Entdeckung neuer Teilchen sowie den Zugang in bislang unerforschte Bereiche im Standard Modell der Teilchenphysik:
– Higgs (Standard Modell)– Supersymmetrische Teilchen (Erweiterung des
Standardmodelles)● Enorme Steigerung der Luminosität (ein Maß für die
Rate der Teilchenkollisionen) um einen Faktor 100
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 50
Herausforderungen beim LHC
● Strahlen enthalten viele Protonen bei sehr hoher Energie: extrem gute Kontrolle notwendig
● Magnete:– sehr große Felder (9 Tesla) notwendig: Supraleitung!– LEP-Tunnel: kompakte Bauweise– komplett neues Design!
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 51
Das Forschungszentrum CERN in Genf
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 52
Die Magnete des LHC Erstes komplettes LHC Element (~ 120 m ) : 6 Diople + 4 Quadrupole Erfolgreicher Test bei voller Leistung (12 kA)
8.4 Tesla
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 53
Installation des LHC
Magnete werden- abgesenkt- transportiert- verbunden
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 54
Dipole installation in the tunnel
Dipol-Verbindungen
Installation Abgeschlossen zu Beginn 2008- Erfolgreiche Hoschstromtests- Unfall bei einer Verbindung im September 2008
Installationsrate: Max. 20 Dipole pro Woche
Tests der Dipole im Tunnel
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 55
Albany, Alberta, NIKHEF Amsterdam, Ankara, LAPP Annecy, Argonne NL, Arizona, UT Arlington, Athens, NTU Athens, Baku, IFAE Barcelona, Belgrade, Bergen, Berkeley LBL and UC, Bern, Birmingham, Bologna, Bonn, Boston, Brandeis, Bratislava/SAS Kosice, Brookhaven NL, Bucharest, Cambridge,
Carleton, Casablanca/Rabat, CERN, Chinese Cluster, Chicago, Clermont-Ferrand, Columbia, NBI Copenhagen, Cosenza, INP Cracow, FPNT Cracow, Dortmund, JINR Dubna, Duke, Frascati, Freiburg, Geneva, Genoa, Glasgow, LPSC Grenoble, Technion Haifa, Hampton, Harvard, Heidelberg, Hiroshima, Hiroshima IT, Indiana, Innsbruck, Iowa SU, Irvine UC,
Istanbul Bogazici, KEK, Kobe, Kyoto, Kyoto UE, Lancaster, Lecce, Lisbon LIP, Liverpool, Ljubljana, QMW London, RHBNC London, UC London, Lund, UA Madrid, Mainz, Manchester, Mannheim, CPPM Marseille, Massachusetts, MIT, Melbourne, Michigan, Michigan SU, Milano,
Minsk NAS, Minsk NCPHEP, Montreal, McGill Montreal, FIAN Moscow, ITEP Moscow, MEPhI Moscow, MSU Moscow, Munich LMU, MPI Munich, Nagasaki IAS, Naples, Naruto UE, New Mexico, Nijmegen, BINP Novosibirsk, Ohio SU, Okayama,
Oklahoma, LAL Orsay, Osaka, Oslo, Oxford, Paris VI and VII, Pavia, Pennsylvania, Pisa, Pittsburgh, CAS Prague, CU Prague, TU Prague, IHEP Protvino, Ritsumeikan, UFRJ Rio de Janeiro, Rochester, Rome I, Rome II, Rome III, Rutherford Appleton Laboratory, DAPNIA Saclay, Santa Cruz UC, Sheffield, Shinshu, Siegen,
Simon Fraser Burnaby, Southern Methodist Dallas, NPI Petersburg, Stockholm, KTH Stockholm, Stony Brook, Sydney, AS Taipei, Tbilisi, Tel Aviv, Thessaloniki, Tokyo ICEPP, Tokyo MU, Toronto, TRIUMF, Tsukuba, Tufts, Udine, Uppsala, Urbana UI, Valencia,
UBC Vancouver, Victoria, Washington, Weizmann Rehovot, Wisconsin, Wuppertal, Yale, Yerevan
ATLAS: weltweite Kollaboration
(Status Oktober 2005)
34 Länder 153 Institute 1650 Wissenschaftler(1330 mit PhD)
Neue Mitglieder 2005:UN La Plata, U Buenos Aires (Argentina)TU Dresden, U Giessen (Germany)U Oregon, U Oklahoma (USA)
Neue Mitglieder seit 2006:Humboldt-Univesität zu Berlin, DESY, SLAC, New York U (USA)
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 56
Ein Teil der ATLAS-Kollaboration
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 57
Die unterirdische Kaverne des ATLAS Detektors
Länge = 55 mBreite = 32 mHöhe = 35 mTiefe = 100 m
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 58
Das ATLAS-Areal überirdisch gesehen
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 59
Durchmesser 25 mBarrel Toroid Länge 26 mGesamtlänge 46 mTotales Gewicht 7000 t
Der Atlas Detektor hat unerreichte Größe
ATLAS ist höher als dasBürogebäude mit 5 Stockwerken
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 60
Der ATLAS-Detektor: Übersicht
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 61
Die kompakte Schwester: Der CMS Detektor
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 62
Der ATLAS Detektor im Aufbau
Beginn 2004
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 63
Der ATLAS Detektor im Aufbau
Absenkung undMontage derMuon-ToroidMagnetspulen
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 64
Der ATLAS Detektor 2007/08
Montage des SpurkammersystemesUnd der Kalorimeter
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 65
Der ATLAS Detektor 2007/08
Instalation derMuon-Endkappen
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 66
Teilchenkollisionen bei LHC und Selektion
7.5 m25 ns
Selektion von 1 aus Ereignissen
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 67
ET
WW-Rate
Anforderungen an den Trigger
Speicher-Rate
σ rate
WW-Rate: ~ 1 GHz BC-Rate: 40 MHz
Speicher-Rate: ~ 200 Hz
®“online”-Reduktion: 99.9995%
® Trigger: “Daten-Aufnahme-Entscheidung”
Leistungsfähiger Trigger unabdingbar:
Selektion der seltenen Ereignisse aus der extrem untergrundreichen LHC Umgebung
• Physik-Trigger• Technische Trigger
Unt
ergr
und
Ent
deck
unge
n
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 68
Grid: Weltweiter Datenfluss
Riesige Datenflut:
Nur mittels weltweitverteilten Rechenzentrenverarbeitbar.
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 69
Aktive ZentrenZentren in VorbereitungIn LCG-2: 250 Zentren, 32 Länder ~50,000 Prozessoren ~20,000 TB Speicherplatz
Weltweite Computer-Vernetzung
Die Anzahl der Zentren entspricht der, die zum Betrieb von LHC notwendig ist: extrem komplexe Betriebsbedingungen
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 70
Physikalische Fragestellungen beim LHC
p pH
µ +
µ-
µ+
µ-
Z
Z
p p
e-νe
µ+
µ−
q
q
q
qχ1-
g~
~
χ20~
q~
χ10
~
Elektroschwache Symmetriebrechung ?- Suche nach dem Higgs Boson
Erweiterung des Standardmodelles ?- Suche nach SUSY oder anderer “BSM-Physik”
p pH
γ
γ
Was noch? - Schwere Quarks, QCD, Elektro-schwache Prozesse: Physik des Standard-Modelles
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 71
H → ZZ → 4 l
e, µ
Z
e, µ
e, µ
e, µ mZ
Hg
g
tZ(*)
Optimaler Kanal zur Entdeckung des Higgs-Teilchens bei LHC
Zu erwartendes Higgs-Signal nach 1 Jahr Messen
Beispiel: Higgs-Ereignis
Simulation eines H → µµ ee Ereignisses in ATLAS
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 72
Higgs Ereigniss: Radiale Projektion
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 73
Higgs Ereigniss: Longitudinale Projektion
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 74
LHC Entdeckungspotential
Messzeit Massenbereich
1 Monat ~ 1.3 TeV1 Jahr ~ 1.8 TeV3 Jahre ~ 2.5 TeVObergrenze ~ 3 TeV
Beispiel: Supersymmetrische Teilchen
Dieses Teilchen (Neutralino) ist ein guter Kandidat für die dunkle Materieim Universum
Neutralinomassen bei LHC messbar Entdeckung von SUSY und Messung der Neutralinomasse am LHC kann das Problem
der kalten dunklen Materie im Universum lösen.
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 75
Erste Strahlen in LHC am 10. September 2008
Erste Strahlen imBeschleuniger (September 2008)
Untergrundreaktionen
Spurkammersystem
Ereignis-Display
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 76
Cosmische Ereignisse bei ATLAS
Testmessungen mit kosmischen Teilchen (Myonen):- sehr guter Test aller Detektorsysteme in Echtzeit- wichtiger Referenzpunkt zur Eichung- erfolgreiche Tests von Oktober bis Dezember 2008
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 77
Martin zur Nedden, HU Berlin CERN MasterClass 2009 78
Zusammenfassung
● große Beschleuniger sind nötig, um kleinste Teilchen zu erzeugen
● große Detektoren sind notwendig, um die Teilchen und ihre Zerfallsprodukte zu vermessen
● es gibt immer noch Neues zu entdecken und Rätsel zu lösen