Kurs Urknall - LHC bei doppelter Energie

Transkript

1 Kurs Urknall - LHC bei doppelter Energie Wolfgang Lohmann, BTU, CERN and DESY Zeuthen, May

2 Das expandierende Universum Rotverschiebung der Spektrallinien Arizona

3 Das expandierende Universum Edwin Hubble, 1929 Mount Wilson V Flucht V Flucht = H 0 x D H 0 : Hubble Konstante D : Abstand D

4 Friedmann Gleichung Das expandierende Universum H(t) 2 = H 02 (Ω 0 x 1 k x 2 + Ω Λ ) Ω Λ : kosmologische Konstante A.Einstein: meine grösste Eselei k = 1: Geschlossenes Universum Geburt der Sonne Urknall!! Alter des Universums: t 0 = 1/ H 0 = 13 x 10 9 Jahre k = 0: flaches Universum k = -1: offenesuniversum Es gab eine Stunde Null und es war heiss

5 Botschaft aus der heissen Phase des Universums Verhergesagt von George Gamow und anderen um 1940 Entdeckt von Penzias und Wilson K Strahlung (Nobelpreis 1978)

6 Kosmische Hintergrundstrahlung Jahre nach dem Urknall bei 3000 K Entkopplung von Strahlung und Materie

7 Entwicklung des Universums Kosmische Hintergrundstrahl 26/05/2015 ung 7

8 das Europäische Labor für Teilchenphysik 20 Europäische Mitgliedsländer 60 weitere Länder, deren Wissenschaftler am CERN arbeiten ~11000 Wissenschaftler ~6800 Wissenschaftler aus Mitgliedsländern ~1700 aus den USA 2 Nobelpreise Entdeckung des Higgs Bosons

9 Entdeckung des Higgs Bosons

10 Entdeckung des Higgs Bosons

11 Subatomare Welt u d d n p u d u Elektromagnetische Wechselwirkung Starke Wechselwirkung W e R or incoming L Schwache Wechselwirkung Vektorbosonen s = 1 Higgs Boson S = 0 H Standardmodell der Elementarteilchenphysik Fermionen S = 1/

12 Alle Teilchen mit etwas Spass

13 Large Hadron Collider LHC CERN

14 Large Hadron Collider LHC CERN : maximal 4 TeV pro Strahl 1232 Supraleitende Dipole I= A 1232 Supraleitende Dipole I= A Niob/Titan Spule bei 1.9 K

15 Large Hadron Collider LHC CERN 15

16 Cool-down of LHC sectors All sectors are now in liquid helium! CSCM ITR8 intervention Courtesy G. Ferlin 16

17 Training der Superleitenden Magnete 17

18 Alle Vorbereitungen im Film BTU Cottbus 18

19 Nicolo Cartiglia -INFN Torino 19

20 Methodology v 27km/h 1tour en 1h l un des circuits les plus rapides de la planète milliers de milliards de protons : accélérés à 99, % de vitesse de la lumière vont effectuer plus de fois par seconde le tour de l anneau de 27 km.

21 Experimente am LHC

22 Kollision bei 13 TeV

23 CMS Detektor

24 CMS upgrades Myon Trigger und Rekonstruktion Resistive Plate Chambers - schnell und robust

25 Tracker Betrieb bei C CMS upgrades Cosmic µ Die Siliziumsensoren des Trackers werden von ~10 6 Teilchen pro Sekunde getroffen, Veränderungen im Siliziumkristall (Strahlenschäden) führen zu hohem Dunkelstrom. Ausweg: Betrieb bei niedriger Temperatur System zur Herstellung kalter trockener Luft und Reduktion von Sauerstoff auf 5%

26 Neue Photosensoren im HCAL CMS upgrades

27 Neues Strahlrohr CMS upgrades Neues Strahlrohr: Beryllium, 0.8 mm dick, 4.5 cm Durchmesser Innendruck im Betrieb: mbar Vorbereitung auf den Einbau des neuen Pixeldetektors

28 CMS upgrades Luminometer und Strahlmonitore Die Luminosität L ist eine Schlüsselgrösse des LHC und der Experimente Ereigisrate N = s x L, s: Wirkungsquerrschnitt -- > Vergleiche mit der Theorie Zwei Luminometer, BCM1F und PLT sind um das Strahlrohr installiert. Beise bestehen aus zwei identischen Detektoren, ± 1.8 m vom Wechselwirkungspunkt entfernt

29 CMS upgrades BCM1F (DESY Zeuthen +CERN+Princeton Univ.) 5x5 mm 2 Diamantsensoren, 2 pads Front-end ASIC, superschnell (sub-nanosekunden Zeitmessung,UST Krakau) Carbon Fiber Strktur PLT BCM1F Halbring mit flexibler Kapton Leiterplatte ; Produktion PCB: CERN Bestückung und Funktionstest: DESY (Z) BTU Cottbus 29

30 CMS upgrades BCM1F (DESY Zeuthen +CERN+Princeton Univ.) Elektronik Werkstatt Zeuthen Herbst 2014 Tests und Komplettierung am CERN (Dezember 2014) Installation im Detektor Januar 2015 Erfollgreicher Funktionstest (Februar 2015)

31 CMS upgrades BCM1F Signalverarbeitung(DESY Zeuthen) Real-Time Histogramming Unit RHU Zeit des Teilchendurchgangs in den Sensoren wird mit Nanosekunden Genauigkeit gemessen, und auf ein volles LHC Orbit projiziert. Start orbit 89 ms End orbit

32 CMS upgrades 5 Mai, 8.30 : erste Kollisionen in LHC, BCM1F Messung der Luminosität in CMS Preliminary, not for public! Atlas CMS (BCM1F) LHC justierte die Strahlen, um beiden Experimenten die gleiche Luminosität zu liefern

33 Die Crew

34 Pixel detectors Weitere Projekte bei DESY gegenwärtig Nach 2016 Silicon Sensor (CiS Erfurt) 16 x 64 mm pixel Kontaktierung: Laser bump bonding

35 Neue Spurdetektoren Strahlenhartes Silizium Feine Segmentierung Trigger im Detektor (ATLAS & CMS) High Luminosity LHC Freiburg: Sensors Freiburg: Hybrids Freiburg: Modules Dortmund: Modules Freiburg: Petal DESY: End-cap A Assembly &Testing Dx Dortmund: Sensors DESY: Sensors Berlin: Modules DESY: Modules DESY: Electronics & Cores DESY/NIKHEF+ Support+Structure+ &Cooling+ Further international partners: NIKHEF, NBI, Melbourne, Prague, Uppsala, Valencia CERN ATLAS

36 High Luminosity LHC DESY wird Motage und Testzentrum für Tracker Endkappen

37 Physikprogramm Physik des Higgs Boson Lebensdauer Zerfallsmodi Weitere Higgs Bosonen Higgs Boson self couplings Yukawa couplings Vergleich mit den Vorhersagen des SM oder umfassender Theorien!

38 Mögliche Erkenntnisse Vereinigung von Theorien Vor etwa 40 Jahren Quantenelektrodynamik Schwache Wechselwirkung Elektroschwache Theorie Quantenchromo dynamik BTU Cottbus 38

39 Mögliche Erkenntnisse Dunkle Materie Aus Messungen in der beobachtenden Kosmologie folgt die Existenz von Materie, welche keine elektromagnetische Wechselwirkung zeigt, daher Dunkle Materie Dunkle Materie Leuchtende Materie

40 Dunkle Materie Messungen von Fritz Zwicky (etwa 1930)

41 Kosmische Hintergrundstrahlung Multipolentwicklung der Temperaturschwankungen 100% Dunkle Energie, Beitrag der kosmologischen Konstanten Ω Λ 60% 20% Dunkle Materie Protonen. Neutronen Nur etwa 4% der Materie im Universum sind die uns bekannten Elemente, Etwa 23% sind dunkle Materie, der Rest ist dunkle Energie, welche zur Expansion des Universums beiträgt

42 Supersymmetrie Supersymmetrische Teilchen sind nicht stabil, sie zerfallen ähnlich den radioaktiven Zerfallsreihen. Am Ende der Reihe steht ein leichtestes supersymmetrisches Teilchen, das Neutralino c 0, Massiv (> 100 GeV), stabil, neutal und nur schwach wechselwirkend!

43 Streuung schwerer Ionen ALICE Experiment Thermische Photonen Heisse Materie T = 304±51 MeV, 5.5 x K

44 Streuung schwerer Ionen ALICE 44

45 Schluss LHC ist wieder in Betrieb genommen Energie 8 TeV 13 TeV Luminosiät x 2 Alle Experimente warten auf Daten Morgen, erste pp Kollisionen bei 13 TeV Wir sind gespannt, welche Geheimnisse die Natur preisgibt