Date post: | 06-Apr-2016 |
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Thomas LohseHumboldt-Universität zu Berlin
Informationsveranstaltung der jDPG, 28.08.2009
Elemetarteilchenphysik am Large Hadron Collider (CERN)
Die spannendsten Fragen der modernen Grundlagenforschung
HHiggs
Das Standardmodell
…und Antimaterie
HHiggs
Atomkerne
Atomhüllen
aus radioaktiven
Zerfällen
schwache Kraft
elektromagnetische Kraft (Photon)
starke Kraft (Gluon)
HIGGS BOSONUrsprung der
Massen?
Das Standardmodell
Das Higgs-Teilchen
Peter Higgs• Higgs-Kraftfeld erfüllt das Universum
• Teilchen spüren Higgs-Feld als zähes Medium
• Zähigkeit hängt von Teilchentyp ab ...
Zähigkeit Teilchenmasse
Problem: Higgs-Teilchen hat selbst große Masse. Herstellung erfordert LHC-Energie.
Higgs-Felder in Sozialstrukturen
... ein Bankett auf einer Physik-Konferenz
Higgs-Felder in Sozialstrukturen
... ein berühmter Physiker kommt herein
Higgs-Felder in Sozialstrukturen
... je berühmter, desto zäher sein Fortkommen, desto größer seine effektive Masse
Doch! Wir kennen mal gerade 4%!
22% Dunkle Materie
74% Dunkle Energie
4% Materie des Standardmodells
Ist da sonst gar nichts mehr?Das Weltall – Unendliche Weiten
Eine Evidenz (von vielen) für Dunkle Materie
rv(r)
Galaxiemasse M
rvFF
rM 2
Zentrif.G2
Galaxien-Rotationskurven
r
1rv
const.rv
Dunkle-Materie-Teilchen
• Supersymmetrie ?• > 3 Raumdimensionen ?
Der LHC Beschleunigerkomplex
LHC:27 km UmfangKollisionen von 7 TeV Protonen2 2800 Pakete mit je 1011 Protonent 25 ns zwischen Paket-Kollisionen
Der LHC Beschleunigerkomplex
ATLAS-Detektor:Higgs, Dunkle Materie, Extra Dimensionen, …
Der LHC Beschleunigerkomplex
CMS-Detektor:Higgs, Dunkle Materie, Extra Dimensionen, …
Der LHC Beschleunigerkomplex
LHCb-Detektor:Materie/Antimaterie-Asymmetrie, …
Der LHC Beschleunigerkomplex
ALICE Detektor:Quark-Gluon-Plasma in Pb-Pb-Kollisionen, …
Der LHC Beschleunigerkomplex
Supraleitende Doppel-Dipolmagnete
im LHC-Tunnel
L 15 m, M 30 t, B 8.33 TMagnetische energie: 10 GJTemperatur: 1.9 KKühlung: superfluides Helium170 kW Kryogenik93 Tonnen Helium-Vorrat40000 t kalte Masse im Tunnel
… und viel mehr:• HF für Beschleunigung• 7000 Magnete mit 1700 Stromversorgungen• Strahldiagnostik• Kollimatoren• Rückkopplungs-Systeme• Maschinensicherheitssysteme• Strahl-Entsorgung• Computing / Kontrollsystem• zentral betrieben
von wenigen Operateuren …
400 MHz HF-Resonatoren (supraleitend)
CERN Control Centre
Das Detektorprinzip
Suche charakteristische Signatur von Higgs / Dunkle Materie / …
e e
jetjet
H Z Z in CMS e e
q q
ATLAS Pixel Detektor
20 m
8107 elektronische Kanäle
Auslesechips direkt auf Pixelsensoren gelötet
ATLAS Pixel- Detektor
ALICE Zeit-Projektions-Spurkammer
550000 Auslese-Elektroden
ALICE Zeit-Projektions-Spurkammer
LHCb RICH Detektor
HPD
500000 elektronische Auslesekanäle
CMS Kristall-Kalorimeter
76000 PbWO4 Kristalle
APD/VPT-Auslese
2.2 x 2.2 cm2
23 cm
PbWO4-Kristalle
APDs
1001011101110010000111010
1010010111001001010010001
1001110100101011110100111
0010010010010010010011100
1010110010100110000101010
0100100100100101001001001
1110010001110111111001100
0010101000100111010010011
1001001001110010101101001
1100100100101001001010100
Die DatenTypischer Informationsfluss pro Detektor:
Elektronische Kanäle 108
Bytes pro Kanal 1
Kollisionen pro Sekunde 4107
1015 Bytes/s
restriktive Trigger Datenkompression
25 ns
Discovery Events
H e e jet jetetc.
109 pp-Stöße pro Sekunde„weich“ behalte wenige
≲ 106 harte Stöße/s behalte einige
≲ 1 Stoß pro Stunde behalte möglichst alle
Prinzip der Trigger
Hardware Trigger40 MHz
Mehrstufige Software-Trigger
tausende von Multi-CPU-PCs
75 kHz
Massenspeicher
200 Hz
300 MB/s1 Petabyte pro Jahr
Auslese-Pufferspeicher3 GB/s
120 GB/s
GRID-Computing
Data Processing & Physics Analysis
Dynamic data management and job scheduling in a
world wide computing network
140 institutes35 countries7000 users
LHC Computing
GridCERN
11 Tier 1s
data archiveinitial processing
130 Tier 2s in
33 countries
D USA (2) Taiwan …re-processingdata-intensive analysis
end-user analysissimulation
DESY München FreiburgAachen …
Tier 3slocal clusters at Universities ...
…Univ. 1 Univ. 2 Univ. 3
(Ka)
Tier 0
CERN Tier 0 Centre
Organisation und Management 2000 Physiker + Ingenieure pro Experiment
ATLAS Organization(upper levels)
ATLAS Plenary MeetingCollaboration Board Resources Review
Board
Spokesperson
Technical Co-ordinator
Resources Co-ordinator
Executive Board
CB Chair AdvisoryGroup
Inner Detector Tile Calorimeter Magnet System
ComputingCo-ordination
ElectronicsCo-ordination
LAr Calorimeter Muon Instrum. Trigger/DAQ
PhysicsCo-ordination
AdditionalMembers
Funktioniert ohne
hirarchische
Weisungsbefugnis
… ist aber auch harte Arbeit!
Physik macht Spaß!