ATLAS: Detector & Fysica. Robin van der Leeuw

Transcriptie

1 ATLAS: Detector & Fysica Robin van der Leeuw

2 Doel Doel is om een idee te geven van: Hoe een detector deeltjes detecteert Waarom zoveel botsingen nodig zijn Hoe we onderzoek doen Een paar voorbeelden van dit onderzoek

3 Hoe kom ik hier? Rijnlands Lyceum in Sassenheim Master scriptie op het Nikhef Theoretische natuurkunde in Utrecht Promotie bij Nikhef (incl 1 jaar CERN) Promotie voor ATLAS SCT en Supersymmetry

4 Enkele ATLAS vragen 96% van de materie in het heelal is onbekend Donkere materie. Wat is het? Waar is alle anti-materie gebleven? Wat zijn de eigenschappen van het Higgs boson (als het bestaat)? Zien we iets onverwachts?

5 LHC

6 ATLAS

7 Sporen in ATLAS

8 ATLAS Inner Detector (ID)

9 ID in detail

10 SCT Module

11

12 Instabiele deetjes Higgs (net als vele andere deeljtes) is instabiel: vervalt in < s Vraag: Hoe ver komt zo n Higgs dan? Haalt hij de buitenste laag van de SCT? (afstand ~514 mm)

13 Instabiele deetjes Higgs (net als vele andere deeljtes) is instabiel: vervalt in < s Vraag: Hoe ver komt zo n Higgs dan? Haalt hij de buitenste laag van de SCT? (afstand ~514 mm) 3x10 8 X < 0.5m, dus nee! Hoe zien we hem dan?

14 Echte sporen

15

16 2 muonen

17 2 muonen

18 Checks Simulaties: checks of we begrijpen wat we zien Afwijkingen wijzen ook op nieuwe fysica! Number of Entries / 1 GeV ATLAS Preliminary -1 L dt = 1.02 fb Statistical errors only MC normalized to data Muon smearing derived from data data 2011 ( s = 7 TeV) Z µµ (Alpgen) tt + single top Z Dibosons QCD W µ jets) [pb] jet N (W Ldt=1.3 pb ATLAS -1 W e + jets Data 2010, Alpgen Sherpa Pythia MCFM s=7 TeV a m µµ [GeV] Inclusive Jet Multiplicity, N jet

19 Higgs + SUSY

20 Waarom Higgs? Het standaard model beschrijft alles om ons heen, alleen voorspelt het massaloze deeltjes! Higgs geeft Massa aan deeltjes! Nu nog vinden.. Theorie geeft voorspellingen voor Higgs, alleen niet voor massa Geen massa - geen duidelijke zoektocht Uit exp: 120 GeV < MH < 170 GeV

21 Higgs? Number of Events/GeV ATLAS Preliminary (Simulation) -1 1 fb s = 7 TeV Signal x10 H (m = 120 GeV) -jet Di-jet H (Born & Brem) (Box) Drell Yan -1 Toy sample (1 fb ) [GeV] M Events / 2.0 GeV s = 7 TeV, Inclusive diphoton sample -1 Ldt = 1.08 fb Data 2011 Background exp. fit Bkg + MC signal m = 120 GeV, 5xSM H ATLAS

22 Mijn onderzoek: Supersymmetry Theorie voorbij het Standaard model Optisch Röntgen Dark Matter Deze deeltjes hebben bijna geen interactie! Donkere Materie kandidaat Geen definitieve theorie

23 Hoe dit te meten? Geen interactie ook niet met ATLAS Impulsbehoud: ook in loodrechte richting Statistiek is heel belangrijk!

24 Hoe dit te meten? Geen interactie ook niet met ATLAS Impulsbehoud: ook in loodrechte Entries / 50 GeV L dt ~ 35 pb -1 ATLAS Data 2010 ( s = 7 TeV) SM Total QCD multijet W+jets Z+jets tt and single top SM + SUSY ref. point richting 10 Statistiek is heel belangrijk! DATA/SM miss E T [GeV]

25 En nu? Supersymmetry vinden, nobelprijs inkoppen.. Of realistischer: artikelen schrijven over het zoekprocess + proefschrift afmaken En voor jullie: op bezoek bij ATLAS

26 Bedankt voor jullie aandacht

27 Lagrangiaan 1) Lagrangiaan Klassieke mechanica hoe werkt de natuur Bewegingsvergelijking 2) Euler-Lagrange vergelijking bewegingsvergelijking de slinger

28 Higgs: Lagrangiaan Elk deeltje kun je op deze manier beschrijven (ook Higgs!) Geeft dus aan hoe de krachten op deeltjes werken Hoe ziet de wereld er uit in deze vorm? En wat doet Higgs?

29 Gedeelte van complete LSM W, Z, M: Massa s Ψ,A: deeltjes η: Higgs

30 Gedeelte van complete LSM W, Z, M: Massa s Ψ,A: deeltjes η: Higgs

31 Wat zag je? Zonder Higgs: Geen termen meer met een M! Higgs geeft Massa aan deeltjes! Nu nog vinden.. Theorie geeft voorspellingen voor Higgs, alleen niet voor massa Geen massa - geen duidelijke zoektocht Uit exp: 120 GeV < MH < 170 GeV

32 Complete SM lagrangiaan

33 Supersymmetrie (susy) h A H 0 H ± ~ H$ 0 1 u ~ $ H d ~ ~ $ 0 H 3 + u ~ ~ $ 0 H4 - d Susy deeltjes hebben slechts een andere spin u d e! e u ~ d ~ ~ e ~! e c t s b µ# "#! µ#! "# ~ c ~ s ~ µ# ~ t ~ b ~ "# ~! µ# ~! "# Denk aan anti-materie: heeft slechts andere %# Z W ± ~ ~ ~ ~ %#~ Z $ ± 1 $ ± W ± 2 lading! g ~ g G ~ G Geeft 2 keer zoveel deeltjes! (Alleen, susy is niet 1 theorie..)