LHCb een introductie Niels Tuning Nikhef 6 jan
LHCb: een introductie Niels Tuning (Nikhef) 6 jan 2009 LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning 1/33
Overzicht 1. Materie en anti-materie 2. LHC versneller 3. B-fysica 4. LHCb detector 5. Activiteiten B-fysica groep 6 jan 2009 LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning 2/33
Deeltjes fysica Astronomie Fundamenteel (nieuwsgierigheid gedreven) onderzoek 6 jan 2009 LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning 3/33
De aardse materie periodiek systeem van Mendeleev 6 jan 2009 LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning 4/33
Deeltjesfysica Bestudeert de natuur op afstanden < 10 -15 m atoom kern Quantum theorie beschrijft alle metingen tot 10 -18 m 6 jan 2009 LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning 5/33
Is dit alles? leptons quarks Generatie: I II III Lading u c t +2/3 e d e (1895) ne (1956) (1976) (1995) s b (1947) (1978) m t -1 e nm nt 0 e (1963) (2000) (1936) -1/3 e (1973) Materie Fundamentele deeltjes en deeltjesversnellers 6 jan 2009 6/33
De elementaire deeltjes leptons quarks Generatie: I II III Lading I II III u c t +2/3 e -2/3 e u c t -1/3 e +1/3 e d s b t d e (1895) ne (1956) (1976) (1995) s b (1947) (1978) m t -1 e +1 e e m nm nt 0 e (1963) (2000) 0 e ne nm nt (1936) (1973) Materie 6 jan 2009 Anti-materie LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning 7/33
Hoe maak je anti-materie? ? Albert Einstein: E=mc 2 materie + antimaterie = licht ! (en vice versa) e+ e- 6 jan 2009 LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning 8/33
Vraag: Waar is de anti-materie gebleven? Geen anti-materie met satellieten 6 jan 2009 Geen anti-materie sterrenstelsels LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning 9/33
De grootste microscoop op aarde de Large Hadron Collider (LHC) op CERN bij Genève 6 jan 2009 LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning 10/33
De Large Hadron Collider LHC: 27 km A 10: 32 km Geneve 6 jan 2009 Amsterdam LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning 11/33
The LHC machine Energie is gelimiteerd door de kracht van 1232 dipool magneten: B= 8. 4 T 6 jan 2009 LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning 12/33
De LHC op 10 september doorsnede LHC bundel Bundel heeft ronde gemaakt 6 jan 2009 LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning 13/33
Energie 1 proton (LHC) Energie LHC bundel 3000 x 100. 000 protonen Bundel 2 Doorsnede LHC bundelpijp Bundel 1 6 jan 2009 LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning 14/33
40 miljoen botsingen per seconde Bundel 1 Bundel 2 6 jan 2009 LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning 15/33
Pech: 19 september Test magneten op volle kracht Kortsluiting tussen 2 magneten Groot helium lek Meerdere magneten moeten gerepareerd 6 jan 2009 LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning Sector 34 16
LHCb ATLAS CMS 6 jan 2009 ALICE LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning 17/33
De LHCb detector 6 jan 2009 LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning 18/33
De LHCb detector Muon det Calo’s RICH-2 OT+IT Magnet RICH-1 VELO Installation is complete 6 jan 2009 LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning 19
Vraag: Waar is de anti-materie gebleven? Echte vraag: Zijn er nieuwe deeltjes en krachten? • Zijn er nieuwe deeltjes die bijdragen aan de CP-schending? • CP-schending is gerelateerd aan verschil tussen materie en anti-materie “Positive charge is the charged carried by the lepton preferentially produced in the decay of the longlived neutral K meson” “Box” diagram: ΔB=2 b s 6 jan 2009 “Penguin” diagram: ΔB=1 s b b s μ μ LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning 20
CP-schending: nieuws uit 2008 Nobelprijs (½) voor Kobayashi & Maskawa • KM voorspelden in 1972 de 3 de generatie quarks om CP-schending in het SM te verklaren u, c, t W gweak Toshihide Maskawa 15 -12 -2008 6 jan 2009 Jμ+ d, s, b Makoto Kobayashi LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning 21 21
Meten van complexe getallen! We meten quark koppelingen Er is een complexe phase in de koppelingen eiφ e-iφ matter anti-matter Meetbaar als er 2 amplitudes een rol spelen: Γ( B f) = |A 1+A 2 ei(φ+δ)|2 Γ( B f) = |A 1+A 2 ei(-φ+δ)|2 Bewijs van bestaan van complexe getallen… 6 jan 2009 LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning 22/33
CP-schending: nieuws uit 2008 (CDF & D 0 data) Nieuwe deeltjes in Bs mixing ? ? ~eiφB SM: NP: Bs b s 6 jan 2009 W t W t b g s x x s b s g b s 3 effect Bs b S. M. : 0 Bs ? LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning 23
B-physics Mission Search for new particles or forces via their virtual loop contributions in B decays 1) CP Violation: Search for CP asymmetries incompatible with Standard Model fits. Allows to study phases of coupling constants in New Physics For example: “Box” diagram: ΔB=2 b s 15 -12 -2008 6 jan 2009 2) Rare Decays: Search for enhanced Branching Fractions or decay distributions that deviate from Standard Model For example: “Penguin” diagram: ΔB=1 s b b s μ μ LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning 24 24
De LHCb detector 6 jan 2009 LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning 25/33
De LHCb Vertex Locator • Detectors in Vacuum • Beweegbaar voor LHC injectie • CO 2 koeling tot -7 o. C • Bescherming voor RF-velden 15 -12 -2008 6 jan 2009 φ coordinate LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning 26
De LHCb Vertex Locator 6 jan 2009 LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning 27/33
De LHCb Vertex Locator 05 -09 -2008 TED run 32474 6 jan 2009 LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning 28
De LHCb Outer Tracker C-Frames: 9+9 Modules Module Straw 6 jan 2009 LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning 29
De LHCb Outer Tracker hal f e h k e Ni d n i en Bened 6 jan 2009 10 -09 -2008 Beam 1 run 33062 LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning 30/33
De LHCb detector doet het Voor-aanzicht LHCb detector 6 jan 2009 Zij-aanzicht LHCb detector LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning 31/33
De LHCb detector doet het 6 jan 2009 LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning 32/33
Activiteiten in B-fysica groep op Nikhef Vertex reconstruction (open VELO) 1. Detectoren OT Linearity (online monitoring) – Vertex Locator – Outer Tracker =290 m 2. Reconstructie 3. Fysica Analyse 700 vertices / min. OT alignment (with OT drifttimes) B lifetime reconstruction Bs J/ψ Angular assymetry B K* Δy (mm) Determine resolution from negative t Proper time (ps) 6 jan 2009 LHCb introductie voor VU bachelors - Niels Tuning 33/33
- Slides: 33