Zoektocht naar het Higgs deeltje. De Large Hadron Collider in actie. Stan Bentvelsen



Vergelijkbare documenten
Nieuwe resultaten van de zoektocht naar het Higgs deeltje in ATLAS

Higgs en de Kosmos Niels Tuning (Nikhef) 31 oktober 2013

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

De zoektocht naar het Higgs boson. Ivo van Vulpen

Waarneming van een nieuw deeltje met massa 125 GeV

Werkstuk Natuurkunde Het Higgsboson

De Large Hadron Collider 2.0. Wouter Verkerke (NIKHEF)

Zoektocht naar de elementaire bouwstenen van de natuur

De large hadron collider: Hoe zien de eerste botsingen eruit? Ivo van Vulpen

Wetenschappelijke Nascholing Deel 1: Van de alchemisten tot het Higgs-deeltje

Week-end van de wetenschap, Groningen, 6 oktober 2013 Ivo van Vulpen

Massahysterie over het massamysterie. dr. Frank Filthaut Radboud Universiteit Nijmegen & Nikhef

De ontdekking van het Higgs boson. Ivo van Vulpen

Het Standaardmodel. HOVO college Teylers 20 maart 2012 K.J.F.Gaemers

In Pursuit of Lepton Flavour Violation. A search for the τ -> μγγ decay with ATLAS at s = 8 TeV. I. Angelozzi

Large Hadron Collider. Werkbladen. HiSPARC. 1 Inleiding. 2 Voorkennis. 3 Opgaven atoombouw. C.G.N. van Veen

LHCb Wat doen wij? Niels Tuning voor ET - 8 januari 2013

Spinning the Higgs. Spin and Parity Measurement of the Discovered Higgs-Like Boson in the H WW lνlν Decay Mode R.Z. Aben

Wetenschappelijke Nascholing Deel 3: En wat met de overige 96%?

Majorana Neutrino s en Donkere Materie

Probus Aalsmeer 20 mei Alles en Niks. VAN DE OERKNAL TOT HIGGS Niels Tuning. Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek

Probus 23 apr Alles en Niks. VAN DE OERKNAL TOT HIGGS Niels Tuning. Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek

Wereld van het allergrootste

Zoektocht naar de elementaire bouwstenen van de natuur. Resultaten uit 1 e jaar van de LHC. Ivo van Vulpen

Meesterklas Deeltjesfysica. Universiteit Antwerpen

Higgs-deeltje. Peter Renaud Heideheeren. Inhoud

De magische wereld van het allerkleinste - gedeelde dromen & innovatie -

Het Higgs-deeltje ontdekt. En wat dan?

Theory DutchBE (Belgium) De grote hadronen botsingsmachine (LHC) (10 punten)

ATLAS: Detector & Fysica. Robin van der Leeuw

De deeltjes die bestudeerd worden hebben relativistische snelheden, vaak zeer dicht bij de lichtsnelheid c. De interacties tussen deeltjes grijpen

HET PROJECT LARGE HADRON COLLIDER

28 augustus 2012, Introductiecollege 1e jaars studenten UvA. Het Higgs boson. Ivo van Vulpen (UvA/Nikhef)

Wordt echt spannend : in 2015 want dan gaat versneller in Gevene? CERN echt aan en gaat hij draaien op zijn ontwerp specificaties.

Start van de Large Hadron Collider te CERN

Symmetie en Symmetrie. in het Standaard Model

EEN ONTDEKKINGSREIS NAAR HET ALLERKLEINSTE EN ALLERGROOTSTE

Het ongrijpbare Higgs-deeltje gegrepen

Nikhef Workshop. 3de-jaars bachelor NIKHEF/UvA. docenten: Dr. Ivo van Vulpen Dr. Auke-Pieter Colijn

Betekenis en Ontdekking van het Higgs-deeltje

Large Hadron Collider. Uitwerkingen. HiSPARC. 1 Inleiding. 2 Voorkennis. 3 Opgaven atoombouw. C.G.N. van Veen

Op zoek naar nieuwe deeltjes met de LHC deeltjesversneller

De bouwstenen van het heelal Aart Heijboer

Betekenis en Ontdekking van het Higgs-deeltje

OP ZOEK NAAR HET HIGGS-DEELTJE

De wisselwerkingen tussen elementaire deeltjes worden experimenteel bestudeerd aan de hand van botsingen tussen deeltjes of het verval van deeltjes.

H2: Het standaardmodel

Kleinse Fles. Introductie String Zoologie Brane Worlds Zwarte Gaten

Het berekenbare Heelal

Muons in early ATLAS data: from first collisions to W+ W- production Ottersbach, J.P.

Nederlandse Samenvatting

Het Quantum Universum. Cygnus Gymnasium

CERN, de LHC en Het Heelal. Aart Heijboer (CERN)

Loesje over de de Oerknal: Eerst was er niets en toen is dat nog ontploft ook

Deeltjes en velden. HOVO Cursus. Jo van den Brand 26 september

Proloog J.J.Thomson Ontdekking van het ELEKTRON

Nieuwe Meer 26 okt Alles en Niks. VAN DE OERKNAL TOT HIGGS Niels Tuning. Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek

Next-to-Soft Factorization and Unitarity in Drell-Yan Processes D. Bonocore

PGO-Leidraad Algemene NatuurWetenschappen

Versnellers en Detectoren

Cover Page. The handle holds various files of this Leiden University dissertation.

Waarvan is het heelal gemaakt? Hoe is het allemaal begonnen?

Deeltjesfysica in vogelvlucht. Frank Filthaut Radboud Universiteit Nijmegen / Nikhef

Citation for published version (APA): Vos, K. K. (2016). Symmetry violation in weak decays [Groningen]: University of Groningen

(a) Noem twee eigenschappen die quarks en leptonen met elkaar gemeen hebben.

En ik ben niet de enige, door de eeuwen heen hebben grote natuurkundigen geworsteld met het begrip massa.

Measuring the Higgs Boson Mass Using Event-By-Event Uncertainties A. Castelli

Massa: misschien denkt u er alleen aan als u op de weegschaal staat. Grote natuurkundigen hebben er mee geworsteld. Mensen zoals Newton, Einstein en

Bachelorproject: Onderscheiden van signaal en achtergrond in de CMS-detector van LHC te CERN. Promotor: Jorgen D'Hondt. Academiejaar

Quantummechanica en Relativiteitsleer bij kosmische straling

Eindexamen vwo natuurkunde pilot 2013-I

Hoogtepunten uit de Speciale Rela2viteit theorie van Einstein Stan Bentvelsen

Een deels bestaande PowerPointpresentatie voor de cursus in de aandacht gebracht cq bewerkt door:

Materie bouwstenen van het heelal FEW 2009

De LHC deeltjesversneller: waarom en hoe?

Sterren kijken op de bodem van de zee Aart Heijboer

Onder constituenten verstaat men de fundamentele fermionen: de quarks in het versnelde proton of anti-proton, t of de versnelde elektronen of

H3: Deeltjesversneller: LHC in CERN

BIG BANG ANTIMATERIE IS GEEN SCIENCEFICTION

Cursus deeltjesfysica

Aarde Onze Speciale Woonplaats

Deeltjes in Airshowers. N.G. Schultheiss

De LHC deeltjesversneller: waarom en hoe?

Fundamentele en menselijke interacties

1 Leerlingproject: Kosmische straling 28 februari 2002

de dynamica van melkwegstelsels te beschrijven; de versnelde uitdeining van het universum is een experimenteel gegeven maar de juiste aard en oorspron

Alfastraling bestaat uit positieve heliumkernen (2 protonen en 2 neutronen) met veel energie. Wordt gestopt door een blad papier.

E p m. De voorspelling van antimaterie. Paul Dirac voorspelde het bestaan van het positron in 1928

Samenvatting Eerste meting van de fragmentatiebreukverhouding f s /f d met laagste orde hadronische vervallen bij 7 TeV pp botsingen

Nederlandse samenvatting

Vergelijk het maar met een ijsberg: de 20% die uitsteekt boven water zien we. De 80% onder water zien we niet, maar is er wel!

VERENIGDE DEELTJESINTERACTIES

Een Lied over Bomen en Pinguïns

2.1 Elementaire deeltjes

Samenvatting. Spin? Wat is dat eigenlijk?

MET dit hoofdstuk wil de auteur hulpvaardig een samenvatting geven voor

LDR naar CERN. LDR naar CERN, pag. 1. Door: F.Horsten & F.Smit

Statistiek bij de ontdekking van het Higgsdeeltje. Frank Filthaut Radboud Universiteit Nijmegen & Nikhef

Algemeen. Cosmic air showers J.M.C. Montanus. HiSPARC. 1 Kosmische deeltjes. 2 De energie van een deeltje

Elementaire Deeltjesfysica

Transcriptie:

Zoektocht naar het Higgs deeltje De Large Hadron Collider in actie Stan Bentvelsen KNAW Amsterdam - 11 januari 2011 1

Versnellen op CERN De versneller Large Hadron Collider sub- atomaire deeltjes botsen op elkaar Meetopstelling ATLAS foto van de botsing 2

Deeltjesfysica klein- kleiner- kleinst ondeelbaar ondeelbaar Viva Fysica! 3

Fermionen: elementaire spelers Proton: u + u + d quark Neutron: u + d + d quark Koolstof: 18 u, 18 d, 6 e - Quarks 2/3-1/3 Leptonen 0-1 17 februari 2010 Haarlemse Chemische Kring 4

Alle elementaire deeltjes op een rij Nieuwe deeltjes maken met E=mc 2 Waarom 3 families? Zijn er meer? 1e familie 2e familie 3e familie Quarks 2/3-1/3 2/3-1/ 3 Leptonen 0 0-1 -1 5

Krachten tussen deeltjes Standaard Model Prach&ng! Dezelfde theorie voor 3 krachten 4 basis typen wisselwerkingen 6

Status van het Standaard Model Veel succes met het Standaard Model Excellente beschrijving van alle typen botsingen Maar er is een probleem: Nobel prijs (1999) G t Hooft en M Veltman t Hooft en Veltman konden de wiskunde van het Standaard Model alleen kloppend krijgen voor deeltjes zonder massa. Hoe toch massa beschrijven? Een wiskundige truck van Higgs, Brout en Englert Consequentie van de truck: er moet een het Higgs deeltje bestaan. Bestaat dit deeltje daadwerkelijk?? Het is overigens ook onvolledig: Het Standaard Model beschrijft niet de zwaartekracht. 7

Wat is massa? Hoe beschrijf je massa voor deeltjes?? Vacuum leeg Deeltjes zonder massa Elk deeltje beweegt met lichtsnelheid Theory OK - niet erg realistisch Elementaire deeltjes zonder massa vliegen met de lichtsnelheid alle kanten op. Wat houdt hen tegen? 8

Wat is massa? Hoe beschrijf je massa voor deeltjes?? Vacuum leeg Deeltjes zonder massa Elk deeltje beweegt met lichtsnelheid Theory OK - niet erg realistisch snelheid (=massa) hangt af van sterkte interactie met Higgs veld Ruimte gevuld met Higgs veld Deeltjes voelen dit Higgs veld Ze remmen af Het lijkt alsof ze een massa hebben Realistisch, maar klopt dit? 9

Voorspelling van het Higgs deeltje Quantum- mechanica: Rimpeling vacuüm zelf Dit is het Higgs deeltje Het Higgs deeltje heeft een aantal eigenschappen De meeste liggen vast door de structuur van het SM De massa van het Higgs deeltje zelf wordt niet voorspeld Er is al lang gezocht naar dit Higgs deeltje Tot dusver nog nooit gevonden De LHC zal laten zien of Higgs bestaat of niet! Als het niet bestaat is dit ook een grote ontdekking 10

Large Hadro n Collider (2010-20??) CMS protons 27- jan- 2012 Chemische Kring Haarlemse 17 februari 2010 Viva Fysica! Atlas ATLAS protons 11

Fenomenologie botsingen Alsof je twee wekkers op elkaar knalt Harde botsingen: Feitelijk is proton een vuilniszak met quarks en gluonen 17 februari 2010 Haarlemse Chemische Kring 12

Ontwerp LHC machine Proton- proton botsingen met ongekende energie: Beschikbare energie: 7000 GeV (genoeg om 7000 protonen te maken!) à Zoeken naar deeltjes met grote massa Limiet gegeven door sterkte magneten 1232 magneten met B=8.4 T, operationeel bij 1.9 K Omzetting energie naar deeltjes via E=mc 2 Bundel- intensiteit enorm à Zoeken naar zeer zeldzame processen Heel erg veel botsingen, 40 miljoen elke seconde Geen enkele botsing is hetzelfde! Steeds een ander proces. Als het Higgs bestaat dan worden maar een paar per dag gemaakt. 13

ATLAS: het experiment Lengte: 44 m Diameter: 22 m Gewicht: 7000 ton Kanalen: 100 miljoen ~ 150 instituten ~2500 natuurkundigen 17 februari 2010 Haarlemse Chemische Kring 14

ATLS in de realiteit Muon chambers Calorimeters Toroid coils

Building 13- dec- 2011 ATLAS - Nikhef group 16

De LHC draait geweldig Aantal botsingen in 2011 overtreft alle verwachtingen ongeveer 400.000.000.000.000 (400 biljoen) botsingen bekeken Verwacht aantal voor heel 2011 ongeveer 2 miljard geregistreerd 17

Een botsing waarbij 2 muonen worden gemaakt KNAW Amsterdam - 11 januari 2011 18

Her- ontdekking 20 e eeuwse fysica Instabiele deeltjes die uiteenvallen in twee muonen ] -1 [GeV µ /dm µ dn 10 10 10 10 5 4 3 2 ω/ρ φ J/ψ ψ Υ (1S) Υ(2S) -1 L 40.4 pb EF_mu15 Z q,g deeltjes q,g 10 1 10-1 tekst ATLAS Data 2010, Preliminary s= 7 TeV 1 10 10 2 m 10 [GeV] µ 3 Bereken massa deeltjes met geobserveerde muonen KNAW Amsterdam - 11 januari 2011 Alle bekende deeltjes van het Standaard Model zijn teruggevonden! 19

Zoeken naar het Higgs deeltje Massa van Higgs deeltje wordt niet voorspeld Verwachtingen: Theorie: m h 600 GeV Indirecte metingen onder aanname dat Higgs bestaat: m h 185 GeV Massa Higgs deeltje 20

Het uiteenvallen van het Higgs Verval adankelijk van zijn massa Fotonen: veel achtergrond hà γγ massa W-bosonen: lastig hà WW (*) à lυlυ Z-bosonen: gouden kanaal hà ZZà 4 leptons (muonen) hà γγ hà WW (*) à lυlυ hà ZZà 4 leptons 21

Uitgesloten bij TevaTron Waar zit het Higgs deeltje? 114.4 156 177 Zoeken bij elke massa! Search for the Higgs boson at the LHC Verwachtingen: Theorie: m h 600 GeV Uitgesloten bij LEP Indirecte metingen onder aanname dat Higgs bestaat: m h 185 GeV 141-476 GeV uitgesloten ATLAS & CMS met ~20% van 2011 data (november) Massa Higgs deeltje 22

Verval Higgs naar twee fotonen H γγ: zeldzaam verval (B~10-3 ) Goede resolutie essentieel Dé motivatie voor calorimeter Signaal/Achtergrond 1/20 Fotonen zijn ongeladen, laten geen spoor na. Meting door absorptie in calorimeter 23

Verval Higgs naar twee fotonen Na selecties en kwaliteit eisen: 22489 botsingen met 100 < m γγ < 160 GeV spectrum vergeleken met een gladde exponentiële functie plm 60 in piek 24

Verval van Higgs naar leptonen Dubbel verval via twee Z- boson - Leptonen zijn goed te meten signaal/achtergrond 1/1 - Aantal botsingen is klein! 25

Botsing met 4 muonen, m 4μ = 124.6 GeV p T (μ -, μ +, μ +, μ - )= 61.2, 33.1, 17.8, 11.6 GeV m 12 = 89.7 GeV, m 34 = 24.6 GeV 26

Botsing met 2elektronen en 2 muonen, m 2e2μ = 124.3 GeV p T (e +, e -, μ -, μ + )= 41.5, 26.5, 24.7, 18.3 GeV m (e+ e - )= 76.8 GeV, m(μ + μ - ) = 45.7 GeV 27

Verval van Higgs naar leptonen Statistiek is wel klein! Bij hogere massa s geen excess 3 botsingen rond 123 GeV gevonden, 1 verwacht 28

Het gezicht van Higgs 29

Hebben we hem nu? Combineer alle informatie: significantie bij ATLAS: 3.5 sigma significantie bij CMS: 2.6 sigma ATLAS+CMS Combination ATLAS today groene en gele band: verwachting zonder Higgs deeltje (1 en 2 sigma) ATLAS en CMS zien dezelfde hints! 30

Wetenschappelijk nog geen ontdekking: eis 5 sigma per experiment 31

Higgs to be or not to be? 32

Toekomst De LHC machine draait weer vanaf einde februari We zullen nog veel meer botsingen registreren Komende zomer weten we zeker of er een nieuw deeltje is gevonden Is het dan eigenlijk wel het Higgs deeltje? Meting van alle eigenschappen nodig Dit zal de komende jaren in beslag nemen Vinden we nog meer nieuwe deeltjes? We hopen op het vinden van een deeltje dat een verklaring geeft voor de donkere materie in het universum zie het volgende verhaal van Ralph Wijers 33