Laudaturseminaari osa 1

Esitys aiheesta: "Laudaturseminaari osa 1"— Esityksen transkriptio:

1 Laudaturseminaari osa 1
Tapio Salminen 1

2 Sisältö Johdanto LHC:n tavoitteet Hiukkasten massat ja Higgs
Supersymmetria LHC:n ulottuvuus Higgsin etsinnässä Datan käsittely Tulevaisuuden näkymät 2

3 CERN Conseil Européen pour la Reserche Nucléaire
Rakentaminen aloitettiin 1955. Ranskan ja Sveitsin rajalla. 20 Eurooppalaista jäsenmaata. ~3000 vakituista + ~6500 vierailevaa tutkijaa. Saavutuksia: World Wide Web (1989) neutral currents (1973) W & Z bosonit (1983) 3

4 LHC Large Hadron Collider
ATLAS, CMS, ALICE ja LHCb (TOTEM ja LHCf) Suunniteltu käynnistys lokakuu 2007 Lopullinen kustannusarvio ~$8mrd (Wikipedia) 4

5 CMS Compact Myon Solenoid detector
2300 hengen työryhmä Yleisdetektori Higgs, SUSY … 5

6 Miksi Protonitörmäytin?
Hadronitörmayttimella päästään suurempiin energioihin: säteilyteho energiahäviö per kierros elektronien häviöt suhteessa protoneihin 6

7 Mihin kysymyksiin LHC vastaa?
Higgsin hiukkanen (yksi tai useita) Onko maailma supersymmetrinen? Pimeä aine Hierarkiaongelma Miksi materia dominoi? CP symmetrian tarkkuusmittaukset lisäulottuvuuksia, kvanttigravitaatio... 7

8 SM Higgs Standardimallissa tarvitaan spin 0 bosoni rikkomaan sähköheikkosymmetria ja antaamaan hiukkasille massat. Higgsin bosoni Teoria ei ennusta Higgsin itsensä massaa LEP mH > 114.4GeV epäsuorasti tarkkuusmittauksista mH < 1000 GeV Massa kiinnittää loput Higgsin ominaisuudet Kytkennän voimakkuus verrannolinen hiukkasen massaan Higgs hajoaa mieluiten mahdollisimman raskaaseen hiukkaseen. 8

9 Tyhjässä huoneessa on joukko hiljaisia fyysikoita (Higgsin kenttä)
Higgsin mekanismi Tunnetun tiedemiehen tullessa sisään tunkeilevat fyysikot hidastavat miehen kulkua.(Higgsin kenttä antaa hiukkaselle massan) Tyhjässä huoneessa on joukko hiljaisia fyysikoita (Higgsin kenttä) Fyysikot osaavat parveilla myös keskenään (Higgsin hiukkanen) 9

10 SM Higgsin tuotto 10 SM Higgsin tuoton kaksi pääkanavaa gluonifuusio
vektoribosonifuusio Tuotto on riittävä 10

11 Higgsin hajoaminen Korkeilla Higgsin massoilla H hajoaa WW ja ZZ pareihin lopputilassa leptoneita Matalilla energioilla WW, ZZ ja bb. WW ja ZZ leptoneihin ja fotoneihin bb hukkuu QCD - taustaan Löytöön tarvitaan Significanssi > 5 Significanssia parantavat paremmat detektorit suurempi luminositeetti 11

12 Löytyykö SM Higgs LHC:lla
Käytössä useita signaalikanavia Jo parin vuoden integroitu luminositeetti yhdellä ilmaisimella riittää löytöön CMS -detektorilla sama tilanne kuin atlaksella Jos SM Higgs olemassa.... se löytyy LHC:lla 12

13 Supersymmetria SUSY – teorioissa jokaisella SM fermionilla on superpartnerina bosoni ja bosonilla fermioni. SUSY – hiukkasia ei ole havaittu kokeellisesti Suuret massat Supersymmetrian rikkoutuminen R-Pariteetti säilyy: SUSY-hiukkaset syntyvät pareittain kevyin (LSP) ei voi hajota 13

14 Miksi juuri SUSY? Poistaa Higgsin massaan tulevat energian neliöön kasvavat kvanttikorjaukset.(Hierarkiaongelma) Ehdokas pimeälle aineelle (LSP). SUSY voidaan lisata standardimalliin laajennuksena. (esim. MSSM) Kytkentävakioiden yhdistäminen GUT - skaalalla onnistuu. 14

15 Perusvuorovaikutukset
15

16 Pimeä aine 16 http://arxiv.org/abs/astro-ph/0608407
“A direct empirical proof of the existence of dark matter” 16

17 SUSY - Higgs 17 SUSY -malleissa useita Higgsejä
Minimal Supersymmetric standard model (MSSM) Viisi Higgsin bosonia Massat riippuvat teorian parametreista yleensa valitaan mA ja tanb riippumattomiksi parametreiksi Kevyin h odotetaan olevan hieman alle 135 GeV (>114.4GeV) pitäisi löytyä helposti 17

18 Löytyykö SUSY Higgs LHC:lla?
Suuret vaikutusalat usealle hajoamiskanavalle kattavat koko mA, tanb -tason SUSY Higgs löytyy (jos on olemassa) Analyyseissa otettava huomioon SM -taustan lisaksi myös SUSY -taustat 18

19 Mitä lopulta nähdään? 19 SM Higgs tai… SUSY Higgs (yksi tai useita)
Matalamassaiset SUSY – hidut Jos skvarkkien ja gluinojen massat riittävan alhaisia, vaikutusalat suuria LHC:lla Nämä hajoavat lopulta LSP:hen Lisäulottuvuudet...? 19

20 Datan analysointia Detektoreihin tulee ~10^9 törmaysta(vuorovaikutusta) sekunnissa CMS ~100Gb/s Higgsin tuotto ~ /s tallennuskapasiteetti ~100/s tarvitaan hyvät suodattimet CMS 100Mb/s Lopulta taustaa leikataan vaatimalla esim: Et > 25GeV Njet > 4 Lisää Laudaturseminaari osa 2 ... 20

21 Grid CERN 21 LHC tuottaa dataa noin 15 miljoonaa Gigaa dataa vuodessa.
Datan analysointiin tarvitaan noin prosessoria, joista CERN tarjoaa ~20% Tarvitaan tehokas järjestelmä laskentatehon ja tiedon tallennuksen hajauttamiseen. Grid yhdistää yli 200 laskentakeskusta 34 maassa. Internetissä jaetaan tietoa, Gridissa laskenta- ja tallennustehoa. CERN TIER 0 TIER 1 TIER 1 TIER 1 TIER 1 tier 2 tier 2 tier 2 21 Tier 2

22 Tulevaisuuden näkymät
SLHC : Kasvatetaan luminositeettia Etenkin detektorit tarvitsisivat päivityksen mahdollinen toteutus DLHC : kasvatetaan energiaa nykymagneeteilla (~9T) 15 TeV mahdollinen 25 Tev energiaan tarvitaan ~15 Teslan magneetit huomattavasti kalliimpi kuin SLHC Tulevaisuuden kiihdyttimet : pp renkaita (LHC) ja suoria e-e+ törmäyttimiä 22

23 Lineaaritörmäyttimet
source damping ring main linac Lineaaritörmäyttimet ovat loistavia tarkkuusmittauksissa. Puhdas annihilaatio Ei QCD - taustaa Suunnitteilla The international Linear Collider (ILC) The Compact Linear Collider (CLIC) Hadron collision Lepton collision 23

24 ILC ja CLIC 24 ILC: ~30 km pitkä (50km ?) Täydentämään LHC:n tuloksia
Mittaamaan Higgsin(?) ominaisuuksia Rakennus voi alkaa 2010 (~7 vuotta) Luminositeetti Alkuun ~500GeV energia myöhemmin noin 1 TeV CLIC 30-40km pituutta Luminositeetti Ainoa kandidaatti suurempiin energioihin ~3 TeV Päätökset rakentamisesta noin 2010 Onko energia-alue kyllin kiinnostava? 24

25 Paljon uutta fysiikkaa luvassa.
LHC yhteenveto Paljon uutta fysiikkaa luvassa. Töitä teoreetikoille. “When was the last time anyone had the possibility of discovering a new dimension” Michael Doser 25

26 Viitteet 26 Summer Student lectures at CERN given by:
A. De Roeck K. Jacobs L. Mendez A. Pich E. Kiritsis J. Delahaye R. Jacobsen Wikipedia articles of: Supersymmetry The Standard Model MSSM LHC D. Griffiths : Introduction to elementary particles Nature 442, 26