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Martin zur Nedden, HU Berlin 1Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
Kap 1, Intermezzo: Beispiele von hadronischen Kollisions-Experimenten
● D0 am Tevatron● CDF am Tevatron● Atlas am LHC● CMS am LHC● Ereignissbilder und Topologien● Signaturen “neuer Physik” bei LHC● Nachweiss von Teilchen
Martin zur Nedden, HU Berlin 2Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
FNAL / TEVATRON
Martin zur Nedden, HU Berlin 3Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
Beschleuniger Tevatron
150 -> 1000 GeV
main injector
recycler2 km
ppTeVs 2
scmL //10~ 232
Bunchabstand: 396 ns
Martin zur Nedden, HU Berlin 4Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
Experiment CDF 2002
Martin zur Nedden, HU Berlin 5Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
D0-Experiment am Tevatron
Martin zur Nedden, HU Berlin 6Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
Experiment D0 2002
toroid
Martin zur Nedden, HU Berlin 7Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
D0 Ereignis: inneres Spurkammersystem
m/GeV
Ks +-:
Martin zur Nedden, HU Berlin 8Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
D0-Ereignis: Jets im Kalorimeter
elektro-magnetisch
hadronisch
Martin zur Nedden, HU Berlin 9Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
D0-Ereignis: W-Boson (Neutino)
Martin zur Nedden, HU Berlin 10Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
D0-Ereignis: Z-Boson (Myonen)
Martin zur Nedden, HU Berlin 11Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
Das Forschungszentrum CERN in Genf
Martin zur Nedden, HU Berlin 12Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
LHC: Das Instrument der Zukunft
Martin zur Nedden, HU Berlin 13Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
LHC superconducting magnets
Martin zur Nedden, HU Berlin 14Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
„Neue Physik“ beim LHC ?
Supersymmetrische Teilchen:
Chargino :
(Partner des W)
Neutralino :
(Partner des Z, g)
Smuon :
(Partner des Muons)
Martin zur Nedden, HU Berlin 15Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
„Neue Physik“ beim LHC ?
Higgs boson:
Martin zur Nedden, HU Berlin 16Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
electron
selectron
quark
squark
photon
photino
vereinigtvereinigtBosonen mitBosonen mit FermionenFermionen
Kraft mitKraft mit MaterieMaterie
FermionFermion
BosonBoson
BosonBoson
FermionFermion
„Neue Physik“ beim LHC?
Martin zur Nedden, HU Berlin 17Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
Supersymmetrie: vereinigt Kräfte und liefert
mPl
MX ~ 1014 GeVp ~ 1031 a
MX ~ 1016 GeVp ~ 1038 a
• einen Vereinigungs-Punkt bei MX = 2·1016 GeV !
• Proton-Lebensdauer > expt. Grenze • leichtestes SUSY-Teilchen Dunkle Materie im Universum !
• beseitigt mathemat. Inkonsistenzen in der Theorie
„Neue Physik“ am LHC?
Martin zur Nedden, HU Berlin 18Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
Simulation der Evidenz eines Schwarzen Lochs mit MBH ~ 8 TeV bei ATLAS
Wenn die Theorien der Extra-Dimensionen wahr sind, können Minimale Minimale SchwarzeSchwarze L Löcheröcher bei LHC reichlich produziert und nachgewiesen werden.
Aber keine Angst!Sie zerfallen sofort harmlos ….
Schwarze Löcher bei LHC?
Martin zur Nedden, HU Berlin 19Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
Das ATLAS Experiment und der Beschleuniger LHC:
Erforschung der energetischen Grenzen der Teilchenphysik auf der TeV Skala
Martin zur Nedden, HU Berlin 20Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
Durchmesser 25 mBarrel Toroid Länge 26 mGesamtlänge 46 mTotales Gewicht 7000 t
Der Atlas Detektor hat unerreichte Größe…..
ATLAS ist höher als dasBürogebäude mit 5 Stockwerken
Martin zur Nedden, HU Berlin 21Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
Atlas-Experiment bei LHC
Martin zur Nedden, HU Berlin 22Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
ATLAS
Länge : ~ 46 m Radius : ~ 12 m Gewicht : ~ 7000 tons~ 108 Auslesekanäle~ 3000 km Kabellänge
• Spurerkennung : -- hochauflösende Halbleiterdetektoren -- Übergangsstrahlungsdetektor (e/ Separation)
• Energiemessung: -- EM : Pb-LAr -- HAD: Fe/Szintillator (zentral), Cu/W-LAr (fwd)
• Myon Spektrometer: Toroide mit Myonkammern
Martin zur Nedden, HU Berlin 23Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
CMS-Experiment bei LHC
Martin zur Nedden, HU Berlin 24Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
CMS Detector
Martin zur Nedden, HU Berlin 25Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
H ZZ 4 e,
Z
e,
e,
e, mZ
Hg
g
tZ(*)
Optimaler Kanal zur Entdeckung des Higgs-Teilchens bei LHC
Zu erwartendes Higgs-Signal nach 1 Jahr Messen
Physikalisches Beispiel: ein mögliches Higgs-Ereignis
Simulation eines H ee Ereignisses in ATLAS
Martin zur Nedden, HU Berlin 26Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
Higgs Ereignis in CMS
Martin zur Nedden, HU Berlin 27Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
LHC Entdeckungspotential
Messzeit Massenbereich
1 Monat ~ 1.3 TeV1 Jahr ~ 1.8 TeV3 Jahre ~ 2.5 TeVObergrenze ~ 3 TeV
Supersymmetrische Teilchen und dunkle Materie
Dieses Teilchen (Neutralino) ist ein guter Kandidat für die dunkle Materieim Universum
Neutralinomassen bei LHC messbar Entdeckung von SUSY und Messung der Neutralinomasse am LHC kann das
Problem der kalten dunklen Materie im Universum lösen.
Martin zur Nedden, HU Berlin 28Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
Teilchennachweiss bei CMS
Martin zur Nedden, HU Berlin 29Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
Higgs Ereigniss im CMS Spurkammersystem (r,φ)
Martin zur Nedden, HU Berlin 30Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
Higgs Ereigniss im CMS Spurkammersystem (r,z)
Martin zur Nedden, HU Berlin 31Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
Realistisches Ereginisbild (20 überlagerte Ereignisse)
Martin zur Nedden, HU Berlin 32Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
Ereignisüberlagerung in z-Richtung
Martin zur Nedden, HU Berlin 33Physik an Hadron-Collidern, WS 2006/2007
Higgs Ereignis in CMS