Acceleratorer og detektorer

Relaterede dokumenter
Velkommen til CERN. Enten p-p, p-pb eller Pb-Pb collisioner. LHC ring: 27 km omkreds. LHCb CMS ATLAS ALICE. Jørn Dines Hansen 1

Standardmodellen og moderne fysik

Partikelacceleratorer: egenskaber og funktion

Velkommen til CERN The European Organization for Nuclear Research

Hvordan blev Universet og solsystemet skabt? STEEN HANNESTAD INSTITUT FOR FYSIK OG ASTRONOMI

På jagt efter Higgs-bosonen

Theory Danish (Denmark)

Big Bang og universets skabelse (af Jeanette Hansen, Toftlund Skole)

Tillæg til partikelfysik (foreløbig)

Universets opståen og udvikling

Partikelacceleratorer Eksperimentalfysikernes Ultimative Sandkasse

Fremtidige acceleratorer

OM ANTISTOF: HVORFOR ER HALVDELEN AF UNIVERSET FORSVUNDET?

Moderne Fysik 8 Side 1 af 9 Partikelfysik og kosmologi

The Big Bang. Først var der INGENTING. Eller var der?

24 Jagten på de ekstra dimensioner

LHC, Higgs-partiklen og et stort hul i Texas

Bitten Gullberg. Solen. Niels Bohr Institutet

Om stof, atomer og partikler. Hans Buhl Steno Museet Aarhus Universitet

Antistofteorien, en ny teori om universets skabelse.

Lysets kilde Ny Prisma Fysik og kemi 9 - kapitel 8 Skole: Navn: Klasse:

Standardmodellen. Allan Finnich Bachelor of Science. 4. april 2013

AT KASTE LYS OVER ANTISTOF ALPHA-FORSØGET VED CERN

Skema til indsendelse af forslag til forskningsinfrastruktur

Forløbet består af 5 fagtekster, 19 opgaver og 4 aktiviteter. Derudover er der Videnstjek.

Alt det vi IKKE ved Morten Medici Januar 2019

Quark Gluon Plasmaet den perfekte væske vi ikke kan forstå

Niels Bohr Institutet. Kvanteinternettet. Anders S. Sørensen Hy-Q Center for Hybrid Quantum Networks Niels Bohr Institutet Københavns Universitet

Fysik A. Studentereksamen. Torsdag den 27. maj 2010 kl

Partikelfysikkens Hvad & Hvorfor

Denne pdf-fil er downloadet fra Illustreret Videnskabs website ( og må ikke videregives til tredjepart.

6 Plasmadiagnostik 6.1 Tætheds- og temperaturmålinger ved Thomsonspredning

Skriftlig Eksamen i Moderne Fysik

Rela2vitetsteori (iii)

Marie og Pierre Curie

Begge bølgetyper er transport af energi.

Atomets opdagelse (1-3)

MODERNE KOSMOLOGI STEEN HANNESTAD, INSTITUT FOR FYSIK OG ASTRONOMI

Holder Standardmodellen? Folkeuniversitetet, Århus, 10. marts 2014 Ved Christian Bierlich, Ph.D.-studerende, Lund Universitet

Mads Toudal Frandsen. origins.net. Mørkt Stof 4% Dark. Dark 23% 73% energy. ma)er

Lys fra silicium-nanopartikler. Fysiklærerdag 22. januar 2010 Brian Julsgaard

Troels C. Petersen Lektor i partikelfysik, Niels Bohr Institutet

Undervisningsbeskrivelse

Den specielle rela2vitetsteori

Undervisningsbeskrivelse

Fysik og kemi i 8. klasse

Atomer, molekyler og tilstande 1 Side 1 af 7 Naturens byggesten

Hvorfor lyser de Sorte Huller? Niels Lund, DTU Space

Atomare kvantegasser. Michael Budde. Institut for Fysik og Astronomi og QUANTOP: Danmarks Grundforskningsfonds Center for Kvanteoptik

CERN og partikelfysikken Af Peter Hansen

Studieretningen Matematik A - Fysik A - Kemi B

Årsplan Fysik/kemi 8. kl.

Lyset fra verdens begyndelse

Naturkræfter Man skelner traditionelt set mellem fire forskellige naturkræfter: 1) Tyngdekraften Den svageste af de fire naturkræfter.

Til at beregne varmelegemets resistans. Kan ohms lov bruges. Hvor R er modstanden/resistansen, U er spændingsfaldet og I er strømstyrken.

Stoffers opbygning og egenskaber 2 Side 1 af 16 Elementarpartikler og partikel-bølge-dualiteten

Kernefysik og dannelse af grundstoffer. Fysik A - Note. Kerneprocesser. Gunnar Gunnarsson, april 2012 Side 1 af 14

Acceleratorer. Motivation for at bygge acceleratorer

Gymnasieøvelse i Skanning Tunnel Mikroskopi (STM)

Mørkt stof i Universet Oprindelsen af mørkt stof og masse

Universet. Opgavehæfte. Navn: Klasse

MODUL 1-2: ELEKTROMAGNETISK STRÅLING

Begge bølgetyper er transport af energi.

Myonens Levetid. 6. december 2017

Atomets bestanddele. Indledning. Atomer. Atomets bestanddele

Kvanteinformation, kvantekryptografi

Øvelse 2: Myonens levetid

I dag. Hvad adskiller aktive galakser fra normale galakser? Hvilken betydning har skiven omkring det sorte hul?

En lille verden Ny Prisma Fysik og kemi 8. Skole: Navn: Klasse:

Kapitel 6. CERN og partikelfysikken. Af Peter Hansen. CERNs fødsel

Solens indflydelse på Jordens klima. Jens Olaf Pepke Pedersen Danmarks Rumcenter, DTU Center for Sol-Klima Forskning

Big Bang Modellen. Varmestråling, rødforskydning, skalafaktor og stofsammensætning.

Røntgenspektrum fra anode

Fusionsenergi Efterligning af stjernernes energikilde

Solen og dens 8(9) planeter. Set fra et rundt havebord

Skabelsesberetninger

Af Lektor, PhD, Kristian Pedersen, Niels Bohr Instituttet, Københavns Universitet

I dag. Hvad er principperne i strukturdannelse i Universet og hvordan kan vi simulere det?

Forsøg del 1: Beregning af lysets bølgelængde

I dagligdagen kender I alle røntgenstråler fra skadestuen eller tandlægen.

Universet. Fra superstrenge til stjerner

Årsplan Fysik/kemi 8. kl.

Kvanteteleportering og kvanteinformation. Anders S. Sørensen Quantop, center for kvanteopik Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet

Skabelsesberetninger

Stjernernes død De lette

Antistofteorien. I denne undersøgelse vil jeg antage, at gravitationskraften mellem antipartikler

SDU og DR. Sådan virker en atombombe... men hvorfor er den så kraftig? + + Atom-model: - -

Kvalifikationsbeskrivelse

Radon den snigende dræber. Bjerringbro 28. nov. 2018

FYSIK? JA, HVORFOR FYSIK? JEG HAR TÆNKT OVER DET

Marie og Pierre Curie

Higgs Hunting. Separation af Simulerede Data i Søgen efter Higgs-bosonen. Førsteårsprojekt i fysik ved Niels Bohr Instituttet i København.

Undervisningsbeskrivelse

Test af en simpel kvarkmodel for hadronmasser

Undervisningsbeskrivelse

Lys på (kvante-)spring: fra paradox til præcision

Fysik/kemi 9. klasse årsplan 2018/2019

Årsplan Fysik/kemi 8. kl.

Fysik 3 Førsteårsprojekt

Transkript:

Børge Svane Nielsen, Niels Bohr Institutet Acceleratorer og detektorer CERN, 16. marts 2016 Børge Svane Nielsen, Niels Bohr Institutet, København

Naturens byggestene Børge Svane Nielsen, Niels Bohr Institutet 50 μm 5 10-5 m 5 nm 5 10-9 m 0.1 nm 10-10 m x 10.000 x 50 CELLER Tyve per mm DNA To hundrede tusinde per mm ATOMER Ti millioner per mm Optisk mikroskop Elektronmikroskop AFM mikroskop 5 fm 5 10-15 m < 1 am 10-18 m x 20.000 x 2.000 ATOMKERNER To hundrede milliarder per mm Kvarker Mere end en million milliarder per mm Partikelacceleratorer

Standardmodellen Børge Svane Nielsen, Niels Bohr Institutet Stofpartikler Kraftpartikler 125 +antipartikler

Forklarer Standardmodellen alting? Eksempler på, hvad vi ikke kan forklare: Hvad er 95% of Universet lavet af? (mørkt stof og mørk energi) Hvorfor vejer partikler så forskelligt? Hvorfor er der mere stof end antistof? Hvordan kan vi forstå gravitation? Hvad er naturen af ursuppen? Kvark-gluon plasma Supersymmetri Små sorte huller Ekstra dimensioner Ekstra universer..

Børge Svane Nielsen, Niels Bohr Institutet LHC acceleratoren ved CERN

E = m c 2 eller E kt Kollisioner af protoner eller tunge atomkerner 1. Omdanner kinetisk energi til stof (masse) 2. Skaber høje stoftætheder ( Mini-Big Bang ) Creation of Matter E=14 TeV m=14.900 m p T 1,60 10 17 K

Acceleratorer og kollisions-eksperimenter p p p 14 TeV p ca. 40 sammenstød per bundt 25 nsek mellem bundter Pb 1150 TeV Pb ca. 50.000 udsendte partikler per sammenstød

Large Hadron Collider Partikerne bevæger sig med 99.9999991% af lysets hastighed. Proton-proton kollisioner med svimlende energi: 14.000.000.000.000 ev Svarende til energien af en myg i bevægelse! Franske alper Genève søen (Lac Léman) Genève CERN LHCb ATLAS Pakker med 100 milliarder partikler 1.000.000.000 kollisioner i sekundet! Energien i alle partikler tilsammen er som et eksprestog i fart! CMS ALICE 100m 8

Børge Svane Nielsen, Niels Bohr Institutet CMS Eksperimenterne LHCb ALICE ATLAS 9

CERNs accelerator kompleks 10

Eksperimenterne/detektorerne Til verdens største mikroskop LHC behøves verdens største superkameraer 3-d Ultra-præcise: Bedre end tykkelsen af et hår Ekstremt hurtige: 40 millioner billeder per sekund Kæmpestore: Skal kunne analysere partikler med høj energi Eksperimenterne: ATLAS, ALICE, CMS og LHCb 11

ATLAS eksperimentet ATLAS eksperimentet ved LHC 12

En Higgs boson fanget i ATLAS p p H + jet +... Z + Z µ + µ - e + e - Mere besværlig: H W + + W - µ + ν e - ν

Find Holger/Higgsen i høstakken Det ser jo nemt ud... ikke? 600.000.000 sammenstød per sekund 1.500.000.000.000.000 (1,5 x 10 15 ) sammenstød per år Alle analyseres på computer. Teorien siger: 150 rigtige Higgser produceret + tusindvis af falske, der ligner

En Higgs i en høstak...? Børge Svane Nielsen, Niels Bohr Institutet

Hvordan laver man Universets urstof? Stof findes i flere faser e-plasma neutron stars quark-gluon plasma Er det muligt at smelte atomkerner? Hvis vi kan gøre det, kan vi forstå det meget tidlige Univers Varme + tryk: Blykerner i en accelerator!

Tunge ioner i LHC 1150 TeV 208 Pb 208 Pb kollision? superkerne med høj energi smelter kernepartiklerne sammen til et kvark-gluon plasma (QGP)? mini Big Bang

Et af de første Pb-Pb sammenstød set i ALICE Et af de første Pb-Pb sammenstød ved 1 PeV set i ALICE

ALICE Detector: Size: 16 x 26 meters Weight: 10,000 tons Collaboration: > 1000 Members > 100 Institutes 20 > 30 countries

ATLAS udsnit LHC detektorerne: ATLAS og CMS Udnytter flere af partiklernes vekselvirkninger med stof efter hinanden for at identificere hver af partiklerne: Startpunkt + multiplicitet + sporing + identifikation + stopning +...

Pb-Pb sammenstød, 574 TeV, set i ALICE Børge Svane Nielsen, Niels Bohr Institutet

ALICE Time Projection Chamber Active volume 88 m 3 Gas Ne/CO 2 /N 2 90/10/5 Drift field 400V/cm Gas gain >10 4 Position resolution σ= 0.25mm Diffusion: σ t = 250µm cm Pads inside: 4x7.5mm Pads outside: 6x15mm B-field: 0.5T 26

ALICE de/dx identifikation i TPC Børge Svane Nielsen, Niels Bohr Institutet

ALICE Time Projection Chamber

TPC laser kalibration Børge Svane Nielsen, Niels Bohr Institutet

TPC laser kalibration 336 laserstråler in TPC 20-40 μj/pulse, 1 mm 266 nm, 100 mj/pulse, 5 ns pulse, 25 mm 1.5 mm 25 mm

Optiske komponenter indeni TPC volumenet Børge Svane Nielsen, Niels Bohr Institutet

FMD: Silicium strip detektor FMD1 FMD2 FMD3 3 indre ringe: 20 φ sektorer, 512 strips 2 ydre ringe: 40 φ sektorer, 256 strips Total 51,200 strips

Godt vi har computere i venstre del er en masse uinteressante partikelspor fjernet for at øjet kan se, hvad computeren har fundet: Ξ Λπ

op til 50.000 partikler produceres i hver kollision i ALICE 10.000 kollisioner per sekund 15.000.000 sekunder hvert år => Millioner af Gigabytes = PETABYTES at lagre og analysere Børge Svane Nielsen, Niels Bohr Institutet Privat globalt netværk: GRID 4 eksperimenter tilsammen: omkring 700 MB/sek = 1 CD per sekund omkring 15 PB/år = 20 km høj stak af CD er per år

Højteknologisk spin-off Stråleterapi med acceleratorer: elektroner røntgen protoner kulstof-ioner anti-protoner?? Acceleratorens teknik Vakuumteknik Superledende magnetteknik Højfrekvent højspænding Kontrolsystemer 37

Højteknologisk spin-off (2) Detektorernes teknik Røntgenkameraer Partikeldetektorer Hurtig elektronik Databehandling MRI PET CAT...