Higgs en de Kosmos Niels Tuning (Nikhef) Hoorn, 15 april 2014

Transcriptie

1 Higgs en de Kosmos Niels Tuning (Nikhef) Hoorn, 15 april 2014

2 De Higgs Waar gaat het over? Woensdag 4 juli 2012 Waarom is dit belangrijk?

3 De Higgs Waar gaat het over? Dinsdag 8 oktober 2013 for the theoretical discovery of a mechanism that contributes to our understanding of the origin of mass of subatomic particles Waarom is dit belangrijk?

4 De Higgs Waar gaat het over? Dinsdag 8 oktober 2013 for the theoretical discovery of a mechanism that contributes to our understanding of the origin of mass of subatomic particles and which recently was confirmed through the discovery of the predicted fundamental particle, by the ATLAS and CMS experiments at CERN s Large Hadron Collider Waarom is dit belangrijk?

5 Er zijn onzichtbare golven om ons heen met stemmen en beelden Er is een Higgs veld in het vacuum dat alle deeltjes massa geeft antenne radio deeltjesversneller deeltjesdetector

6 Zoektocht naar de elementaire bouwstenen van de Natuur

7 Deeltjesfysica Bestudeert de natuur op afstanden < m m atoom kern Quantum theorie beschrijft alle metingen tot m (Ter vergelijk: m = 100 lichtjaar)

8 Machten van tien Heelal m Spin 10-2 m Melkweg m Atoom m Zonnestelsel m Kern m Aarde 10 7 m Botsingen m

9 De stand van zaken in pdg.lbl.gov

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

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

12 Aantal verschillende soorten materie Het aantal elementaire deeltjes Jaar

13

14 12 deeltjes 4 krachten

15 Wat snappen we nog niet

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

17 Wat is massa?? Anno 1687 Massa is de wisselkoers tussen kracht en versnelling: F = m x a Beschrijft niet wat massa is... Newton

18 Wat is massa?? Anno 1905 Massa is energie E = m x c 2 Beschrijft wel wat massa is! Maar niet waar het vandaan komt Einstein

19 Wat is massa?? Anno 1964 Massa van elementaire deeltjes komt door wrijving met alomtegenwoordig Higgs veld m: ψψh Higgs Huh?

20 Wat is massa?? Anno 1964 Massa van elementaire deeltjes komt door wrijving met alomtegenwoordig Higgs veld m: ψψh Prof. dr John Ellis

21 Modelleren van interactie Standaard Model Lagrangiaan Bladmuziek (J.S. Bach) bladmuziek

22 Ho ho ho Laten we eerst eens kijken hoe we deeltjes bestuderen

23 Kijken zonder je ogen te gebruiken

24 Kijken Kijken is verstrooiing van licht gespleten haarpunt Je kunt geen dingen zien die kleiner zijn dan de golflengte van het licht (ca 1/50 haardikte) IR UV 10-6 m

25 Kijken Kijken is ook verstrooiing van deeltjes Vervang oog door detector Electronen microscoop

26 Het electro-magnetische spectrum

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

28 De LHC deeltjesversneller Geneve

29 De Large Hadron Collider LHC: 27 km A10: 32 km Geneve Amsterdam

30 The LHC machine Energie is gelimiteerd door de kracht van 1232 dipool magneten: B= 8.4 T (Aardmagnetisch veld: T)

31 40 miljoen botsingen per seconde Bundel 1 Bundel 2

32 Klassiek botsen proton Quantummechanisch botsen proton

33 Botsingen van Deeltjes Niels Tuning Open Dag 2008

34 Hoe ontdekken we nieuwe deeltjes? Bij de LHC op Cern: Verander energie in materie!

35 E = 2 mc

36 LHCb ATLAS CMS ALICE

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

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

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

40 Atlas Muon Detector

41 Konijn, auto of mens?

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

43 foto van een echte botsing μ - proton μ - Z μ + proton μ +

44 De ontdekking

45 PAUZE

46 De ontdekking

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

48 Hoe maak je een Higgs deeltje? higgs Ψ Ψ H ψψh

49 Hoe zie je een Higgs deeltje? higgs Z l + l - l - Z l - H ZZ l + l - l + l -

50 Higgs ZZ 4 leptonen higgs Z l + l - l - Z l - H ZZ l + l - l + l - Klopt de meting met de voorspelling uit de computer?

51 Higgs ZZ 4 leptonen klein aantal schitterende botsingen Higgs bosonen higgs Z l + l - l - Z l - H ZZ l + l - l + l - Maar 1 op de 1000 Higgs bosonen vervalt naar 4 leptonen 50% kans dat ATLAS detector ze allemaal goed terugvindt 60 Higgs 4 lepton events piek!? overig Met Higgs 52 events 68 events

52 Higgs 2 fotonen foton higgs foton H γγ verval piek!?

53 Interpretatie overschot in ATLAS Claim pas ontdekking als: Kans op toevallige fluctuatie zoals geobserveerd kleiner dan 1 op 1 miljoen 8 keer 6 gooien achter elkaar

54 Een ontdekking in slow-motion Time-line higgs ontdekking mar/12 mar /12 jul/11 jul/ 11 dec/11 dec /11 jul/12 jul/ 12 aug/12

55 Ontdekking van het Higgs deeltje op 4 juli 2012

56 Waarom is de Higgs zo bijzonder?

57 Waarom is de Higgs zo bijzonder? Higgs heeft unieke rol in de wereld van elementaire deeltjes ψ: normale deeltjes φ: Higgs De helft van het T-shirt gaat over Higgs!

58 12 deeltjes 4 krachten + Higgs

59 Waarom is de Higgs zo bijzonder? Deeltje proton Veld Deeltje higgs Schijnbare massa Higgs veld proton H productie Alsof de vis het water heeft ontdekt

60 Deeltje? Veld? Deeltje Foton (lichtdeeltje) Veld Elektrisch veld e + e -

61 Het Higgs veld kun je het zien? Het Higgs veld is uniform als het meer in deze foto Het maken van een Higgs deeltje is als een rimpeling op het meer De theorie van Higgs: als het veld bestaat is er ook een bijbehorend deeltje

62 Wat is massa?? Anno 1964 Massa van elementaire deeltjes komt door wrijving met alomtegenwoordig Higgs veld m: ψψh Prof. dr John Ellis

63 Wat is massa? Massa van elementaire deeltjes komt door wrijving met alomtegenwoordig Higgs veld Einstein: proton massa = bindings energie Elementair deeltje in lege ruimte: geen rust-energie= geen massa Elementair deeltje in Higgs veld: rust energie = interactie met Higgs veld = massa Revolutionair met spectaculaire consequenties : de ruimte is niet leeg, maar gevuld met soort ether

64 Als de marslander leven vindt heb je 1000 nieuwe vragen

65 Kloppen Higgs eigenschappen? m h =125 GeV Standaard Model Higgs boson massa (GeV) voorspelling meting

66 Kloppen Higgs eigenschappen? Zijn er nog meer soorten Higgs deeltjes?

67 Een stap verder

68 Een ander veld: de Big Bang Een van Higgs eigenschappen komt overeen met een ander veld Het inflaton dat de het heelal opblies tussen en seconde na de Big Bang

69 Een ander veld: de Big Bang

70 Een ander veld: de Big Bang

71 Higgs: Een Higgs deeltje gevonden in Geneve Heelal gevuld met Higgs veld Kloppen zijn eigenschappen?

72 Nog een paar kleine dingetjes: % van de materie in het heelal is onbekend donkere materie Waar is alle anti-materie gebleven? 6 Higgs boson (hoe krijgen deeltjes massa)? - waarom past gravitatie niet in SM, extra dimensies, waarom 3 families, fermionen fundamentele deeltjes, supersymmetrie, protonen stabiel, quantisatie electrische lading, exploderende quantumcorrecties, kleine neutrino massa s, string theorie,

73 EINDE