Wereld van het allergrootste

Transcriptie

1 De magische wereld van het allerkleinste Viva Fysica, 26 januari 2017 Ivo van Vulpen

2 Wereld van het allergrootste maan Geo stationair km hoogte Andre dekuipers upes km/uur m m F G m 1 m 2 r 2 2/45

3 - Gekromde ruimte-tijd -E =mc 2, zwarte gaten, - Tijd kan uitrekken (GPS) het toneel de acteurs

4 Afstandsschalen in de natuur Erik Verlinde Erik van Heumen Jo van den Brand Erik Verlinde spiral galaxies Planck length LHC deeltjesfysica Bouwstenen van de materie & krachten

5 CERN in Genève, Zwitserland

6 Zoektocht naar de elementaire bouwstenen van de natuur DNA atoom de wereld van de quantummechanica Wereldrecord: [m] atoomkern

7 kleiner en kleiner Waarom, waarom, waarom?

8 De wereld van het atoom 1) elektron vallen niet op de kern 2) kerndeeltjes kleven aan elkaar 3) maar 2 elektronen in 1 e baan 4) quantisatie elektrische lading m nlm (r,, ) R nl (r) Y l m (, ) s,sz

9 Ronald Hanson Bas Hensen Quantum onderzoek in 2016

10 Standaard Model

11 The Standard Model Elementary particles Interactions up-quark u c t down-quark d s b elektron neutrino e μ τ ν e ν μ ν τ 3 forces: 12 gauge bosons muon

12 Standaard Model raar? Gerri Eickhof, die is pas raar

13 E = mc 2

14 Nieuwe deeltjes maken D L H d C llid (LHC) De Large Hadron Collider (LHC) op CERN bij Genève

15 25/52

16 ? E=mc 2

17 Iets reconstrueren uit overblijfselen

18 muon of electron? konijn of mens? Identificatie

19 Transitions in the Standard Model proton q gluon μ + γ/zγ γ/z q γ/z foton proton q- μ - detector

20 selection μ + data vs simulations ev (GeV) Events/0.4 G ATLAS Preliminary s = 7 TeV, 4.1 fb -1 M Z μ - di-muon invariant mass (GeV) Heavy particle production: the Z boson model parameters M Z = ± GeV Γ Z = ± GeV

21 1 miljard foto s per seconde

22 computing foto s per seconde 1000 bewaren per seconde

23 Higgs boson

24 de stabiele wereld deeltjes anti-deeltjes Het Standaard Model

25 Peter Higgs 1964, 1 pagina Het vacuum is niet leeg

26 Higgs boson decay to 2 photons top higgs γ γ Higgs boson decay to 4 leptons higgs top Z Z μ + μ - μ + μ - CMS di-photon event ATLAS 4 lepton event

27 Higgs boson decay to 2 photons top higgs γ γ Higgs boson decay to 4 leptons higgs top Z Z μ + μ - μ + μ - ATLAS+CMS: m h = ± 0.21(stat) ± 0.11(syst) GeV

28 Nobelprijs natuurkunde 2013 Er is een Higgs-veld in het vacuum François Englert Peter Higgs

29 Structure of the Standard Model interactions force carriers fermion masses gauge boson masses Higgs boson

30 de problemen

31 Some more problems Standard Model problems Baryogenesis: Asymmetry between matter and anti-matter SM dark matter Dark Matter: No DM candidate in the Standard Model dark energy Vacuum energy: prediction (Higgs) observation >10 50

32 Heerlijk een probleem!

33 Standard Model is not the final theory Gauge unification Extra dimensions New gauge fields/structure Standard Model Dark matter Supersymmetry Extra Higgs bosons Ak Arkani-Hamed s ih latest t idea Most models predict new phenomena/particles ~ 1 TeV

34 De oplossing? bekende deeltjes fantasie deeltjes donkere materie deeltje?

35 1 miljard foto s per seconde storage rate = 750 Hz Liu Bolin

36 Donkere materie Supersymmetrie model met een natuurlijke plek voor donkere materie

37 sterren, planeten, gas, pulsars, donkere materie donkere energie deeltje uit een spiegelwereld?

38 de stabiele wereld deeltjes anti-deeltjes donkere materie deeltje supersymmetrische deeltjes Bestaat er een verborgen spiegelwereld?

39 Supersymmetry FERMIONS BOSONS quarks u d c s t b s-quarks leptons e μ τ ν e ν μ ν τ s-leptons quarks and leptons squarks and sleptons γ Z W + W - gaugino s gauge bosons

40 Supersymmetry Solves hierarchy problem Loop effects: fermion = -scalar Unification of coupling constants Additional symmetry # fermions = # bosons single gauge group Link #quarks to # leptons? quantum gravity Higgs potential Dark matter candidate Lightest particle is stable

41 Looking for new particles proton proton? Dark Matter Can we produce it at the LHC? Can we see it at the LHC? does it couple to SM particles not directly

42 Open SUSY parameter space arxiv: Melissa van Beekveld, Wim Beenakker, Sascha Caron, Ruud Peters, Roberto Ruiz de Austri Signalen die we tot nu toe nog niet hebben kunnen zien maar de komende 2 jaar (misschien) wel: - we snappen de detector beter - we weten nu precies waar we moeten zoeken - we krijgen 10x(100x) meer data Fine-Tun ning (FT) Excluded (LE EP chargino) SUSY (pmssm) parameters points that agree with exper. data Too much fine-tuning needed to reproduce SM parameters - we hebben een lichting scholieren die allemaal natuurkunde gaan studeren om ons te helpen. Excluded (Γ Z, Higgs) Too low Ω DM h 2 Too high Ω DM h 2 Excluded (LUX) Ω DM,Planck h 2 = Relic density Ω DM h 2

43 ATLAS experiment

44 Schatgraven bij de LHC. Nu! Next 2 years 10x more data Next 10 years 100x more data Many unsolved mysteries Access to new energy regime Exciting times for (dark matter) searches at the LHC g (