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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
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HHiggs
Das Standardmodell
…und Antimaterie
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HHiggs
Atomkerne
Atomhüllen
aus radioaktiven
Zerfällen
schwache Kraft
elektromagnetische Kraft (Photon)
starke Kraft (Gluon)
HIGGS BOSONUrsprung der
Massen?
Das Standardmodell
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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.
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Higgs-Felder in Sozialstrukturen
... ein Bankett auf einer Physik-Konferenz
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Higgs-Felder in Sozialstrukturen
... ein berühmter Physiker kommt herein
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Higgs-Felder in Sozialstrukturen
... je berühmter, desto zäher sein Fortkommen, desto größer seine effektive Masse
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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
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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 ?
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Der LHC Beschleunigerkomplex
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LHC:27 km UmfangKollisionen von 7 TeV Protonen2 2800 Pakete mit je 1011 Protonent 25 ns zwischen Paket-Kollisionen
Der LHC Beschleunigerkomplex
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ATLAS-Detektor:Higgs, Dunkle Materie, Extra Dimensionen, …
Der LHC Beschleunigerkomplex
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CMS-Detektor:Higgs, Dunkle Materie, Extra Dimensionen, …
Der LHC Beschleunigerkomplex
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LHCb-Detektor:Materie/Antimaterie-Asymmetrie, …
Der LHC Beschleunigerkomplex
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ALICE Detektor:Quark-Gluon-Plasma in Pb-Pb-Kollisionen, …
Der LHC Beschleunigerkomplex
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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
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… 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)
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CERN Control Centre
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Das Detektorprinzip
Suche charakteristische Signatur von Higgs / Dunkle Materie / …
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e e
jetjet
H Z Z in CMS e e
q q
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ATLAS Pixel Detektor
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20 m
8107 elektronische Kanäle
Auslesechips direkt auf Pixelsensoren gelötet
ATLAS Pixel- Detektor
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ALICE Zeit-Projektions-Spurkammer
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550000 Auslese-Elektroden
ALICE Zeit-Projektions-Spurkammer
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LHCb RICH Detektor
HPD
500000 elektronische Auslesekanäle
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CMS Kristall-Kalorimeter
76000 PbWO4 Kristalle
APD/VPT-Auslese
2.2 x 2.2 cm2
23 cm
PbWO4-Kristalle
APDs
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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
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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
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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
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GRID-Computing
Data Processing & Physics Analysis
Dynamic data management and job scheduling in a
world wide computing network
140 institutes35 countries7000 users
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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
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CERN Tier 0 Centre
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Organisation und Management 2000 Physiker + Ingenieure pro Experiment
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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
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… ist aber auch harte Arbeit!
Physik macht Spaß!