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Analyse echter ATLAS-Daten 21. April 2011 in Genève, GTP, Konrad Jende Event Display MINERVA www.cern.ch/kjende/start.htm Webseite.

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1 Analyse echter ATLAS-Daten 21. April 2011 in Genève, GTP, Konrad Jende Event Display MINERVA Webseite

2 Was ist gerade los am Large Hadron Collider (LHC) ? LHC Operation Bildschirme zu finden unter:

3 Was ist gerade los bei ATLAS (A Toroidal Lhc ApparatuS) ? ATLAS Live Events zu finden unter:

4 Ziele Vorbereitung auf eine Analyse echter Daten des ATLAS- Experimentes Zusammenfassung der theoretischen Experimental- Vorlesung en und Verbindung mit tatsächlicher Arbeit der Experimente Innere Struktur des Protons bestätigen Teilchen identifizieren können LHC-Ereignisse klassifizieren können

5 1.Forschungsziele 2.ATLAS-Detektor und Event Display 3.Fundamentale Prinzipien der Teilchenphysik 4.Teilchenkollisionen 5.Datenanalyse Inhalt 5

6 1.Forschungsziele 2.ATLAS-Detektor und Event Display 3.Fundamentale Prinzipien der Teilchenphysik 4.Teilchenkollisionen 5.Datenanalyse Inhalt 6

7 1.Forschungsziele: Die Wahrheit vorab! 7

8 8 1.Forschungsziele: Die Teilchenphysik sucht Standardmodellabbildung aus [1] S. 9

9 9 1.Forschungsziele: Die Teilchenphysik sucht

10 10 1.Forschungsziele: Die Teilchenphysik sucht

11 11 1.Forschungsziele: Die Teilchenphysik sucht

12 12 1.Forschungsziele: Die Teilchenphysik sucht

13 13 1.Forschungsziele: Die Teilchenphysik sucht Bildkomposit zu finden unter:

14 Nach Abschätzungen 1 existieren heute weltweit etwa Teilchenbeschleuniger. Davon: 1% Forschungsanlagen mit Energien über 1 GeV wie beispielsweise: Large Hadron Collider - LHC ( früher Large Electron Positron collider - LEP), Genf (Schweiz) Deutsches Elektron Synchrotron – DESY, Hamburg (Deutschland) Tevatron am Fermilab, Chicago (USA) 44% Radiotherapieanlagen 41% Ionenimplantationsanlagen 9% Industrieanlagen 5% Biomedizinforschung und sonstige Niederenergieanlagen 1 According to William Barletta, director of UPAS, the US particle Accelerator School, per Toni Feder, in Physics Today February 2010, "Accelerator school travels university circuit", p Forschungsziele 14

15 1.Forschungsziele 2.ATLAS-Detektor und Event Display 3.Fundamentale Prinzipien der Teilchenphysik 4.Teilchenkollisionen 5.Datenanalyse Inhalt 15

16 2. ATLAS-Detektor und Event Display 16

17 2. ATLAS-Detektor und Event Display 17

18 2. ATLAS-Detektor und Event Display 18

19 2. ATLAS-Detektor und Event Display 19

20 20 Das Prinzip am Beispiel eines W Bosons Realer Detektor ATLAS in Genf Ereignis Theorie Statistik g u d W+W+ 2. ATLAS-Detektor und Event Display

21 21

22 2. ATLAS-Detektor und Event Display 22

23 1.Forschungsziele 2.ATLAS-Detektor und Event Display 3.Fundamentale Prinzipien der Teilchenphysik 4.Teilchenkollisionen 5.Datenanalyse Inhalt 23

24 3. Fundamentale Prinzipien der Teilchenphysik 24 1.Energie- und Impulserhaltung 2.Wie messe ich Neutrinos? 3.Teilchenidentifikation

25 3. Fundamentale Prinzipien der Teilchenphysik 25 Large Electron Positron Collider (LEP): Präzisionsmessung en am Z-Teilchen OPAL

26 3. Fundamentale Prinzipien der Teilchenphysik 26

27 3. Fundamentale Prinzipien der Teilchenphysik 27 Das Ergebnis: Der Impuls bleibt bei diesem Zerfall erhalten!

28 3. Fundamentale Prinzipien der Teilchenphysik 28 Das W-Boson und die Geschichte des Beta-Zerfalls: 1896 – 1899 – 1903 – 1909 – 1911 – 1930 –

29 Animation zu finden unter:

30 3. Fundamentale Prinzipien der Teilchenphysik 30

31 3. Fundamentale Prinzipien der Teilchenphysik 31 1.Energie- und Impulserhaltung 2.Wie messe ich Neutrinos? 3.Teilchenidentifikation

32 3. Fundamentale Prinzipien der Teilchenphysik 32 Was fällt Ihnen bei den Energieeinträgen in diesem Ereignis auf? (linke Abb.: echte Proton-Proton- Kollision gesehen mit dem ATLAS- Detektor am )

33 2. Fundamentale Prinzipien der Teilchenphysik 33

34 2. Fundamentale Prinzipien der Teilchenphysik 34

35 2. Fundamentale Prinzipien der Teilchenphysik 35

36 2. Fundamentale Prinzipien der Teilchenphysik 36

37 Merke: 1.Der ATLAS-Detektor kann keine Neutrinos nachweisen. 2.Neutrinos werden durch den fehlenden transversalen Impuls (fehlende transversale Energie genannt) in einem Ereignis nachgewiesen. 3.Dies geschieht erst in der Rekonstruktion. 4.Im Event Display wird die Richtung des fehlenden transversalen Impulses durch eine gestrichelte rote Linie angezeigt. Deren Breite sagt etwas über die Größe dieses Impulses aus. 2. Fundamentale Prinzipien der Teilchenphysik 37

38 3. Fundamentale Prinzipien der Teilchenphysik 38 1.Energie- und Impulserhaltung 2.Wie messe ich Neutrinos? 3.Teilchenidentifikation

39 Animation zur Teilchenidentifikation mit dem ATLAS-Detektor zu finden unter:

40 1.Forschungsziele 2.ATLAS-Detektor und Event Display 3.Fundamentale Prinzipien der Teilchenphysik 4.Teilchenkollisionen 5.Datenanalyse Inhalt 40

41 4. Teilchenkolissionen 41

42 4. Teilchenkolissionen 42

43 1.Forschungsziele 2.ATLAS-Detektor und Event Display 3.Fundamentale Prinzipien der Teilchenphysik 4.Teilchenkollisionen 5.Datenanalyse Inhalt 43

44 Hier lernst Du etwas über die … Methoden der Datenanalyse in der Teilchenphysik Zählexperimente Signal vs. Background an ausgewählten Beispielen … des Pion-Zerfalls und der Datenstichprobe unserer Messung 5. Datenanalyse 44

45 Zählexperimente: Wie viele von den kreisförmigen Signalen siehst Du? ; Konrad Jende; PM ground floor (left) & basement (right); vacuum cleaner method – RADON: MediPix: 100 acquisitions, 1s each Datenanalyse

46 Zählexperimente: Ein teilchenphysikalisches Zählexperiment ist eine Messung, die sich durch die Zuweisung von Auswahlkriterien, dem Zählen der sich in der Auswahl befindenden Ereignisse und dem Vergleich mit dem zu erwartenden Untergrund definiert. Ihr werdet gleich ein Zählexperiment mit einer ATLAS Datenstichprobe durchführen und dabei zählen, wie viele Ereignisse, bei denen W- Bosonen erzeugt wurden, in dieser Stichprobe enthalten sind. 46 !! 5. Datenanalyse

47 Im Anschluss daran werden die Anzahlen meist in Grafiken veranschaulicht, um ihre Abhängigkeiten von bestimmten physikalischen Größen darzustellen: Datenanalyse

48 Wie, einfach nur zählen? - Um ehrlich zu sein, es ist schwieriger, viel schwieriger! Beispiel 1: Sonnenspektren Foto: Clemens Mart, August 2009 Was lässt sich aus diesem Bild ableiten? Untergrund (Background): kontinuierliches Spektrum Signal: Linienspektrum Signal vs. Untergrund: Absorptionslinienspektrum Datenanalyse

49 Beispiel 2: Wie sich ein Teilchen verrät am Beispiel einer Messung des Pion Datenanalyse Video zur Entstehung eines invariante Massenpeaks: auf Anfrage

50 Beispiel 3: Das W-Boson (Vorbereitung für gleich !!!) Das W-Boson kann am LHC auf folgende Art und Weise erzeugt werden: Quark-Gluon-Wechselwirkung Gluon-Gluon-Wechselwirkung Datenanalyse

51 Warum sind W-Teilchen interessant? Datenanalyse Kernfusion Anwendung Radioaktivität in Medizin (Szintigrafie), Kunst und Archäologie (Altersbestimmung) Schwache Wechselwirkung ermöglicht Familienwechsel Prozesse des eigenen Körpers

52 Beispiel 3: Das W-Boson Elektron und Neutrino oder Myon und Neutrino Datenanalyse

53 events signal W + production W - production background Z production production Jets 53

54 54

55 55 Literatur C. I LGNER, T. T REFZGER : Ziele der Forschung am Large Hadron Collider. In: H. S CHWARZE (Hrsg.): Large Hadron Collider. Themenheft aus "Praxis der Naturwissenschaften - Physik in der Schule 60 No 2 (März 2011 ) [1]


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