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!