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Thomas Lohse Humboldt-Universität zu Berlin Informationsveranstaltung der jDPG, 28.08.2009 Elemetarteilchenphysik am Large Hadron Collider (CERN) Die spannendsten.

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1 Thomas Lohse Humboldt-Universität zu Berlin Informationsveranstaltung der jDPG, Elemetarteilchenphysik am Large Hadron Collider (CERN) Die spannendsten Fragen der modernen Grundlagenforschung

2 H Higgs Das Standardmodell …und Antimaterie

3 H Higgs Atomkerne Atomhüllen aus radioaktiven Zerfällen schwache Kraft elektromagnetische Kraft (Photon) starke Kraft (Gluon) HIGGS BOSON Ursprung der Massen? Das Standardmodell

4 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.

5 Higgs-Felder in Sozialstrukturen... ein Bankett auf einer Physik-Konferenz

6 Higgs-Felder in Sozialstrukturen... ein berühmter Physiker kommt herein

7 Higgs-Felder in Sozialstrukturen... je berühmter, desto zäher sein Fortkommen, desto größer seine effektive Masse

8 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

9 Eine Evidenz (von vielen) für Dunkle Materie r v(r) Galaxiemasse M Galaxien-Rotationskurven Dunkle-Materie-Teilchen Supersymmetrie ? > 3 Raumdimensionen ?

10 Der LHC Beschleunigerkomplex

11 LHC: 27 km Umfang Kollisionen von 7 TeV Protonen Pakete mit je Protonen t 25 ns zwischen Paket-Kollisionen Der LHC Beschleunigerkomplex

12 ATLAS-Detektor: Higgs, Dunkle Materie, Extra Dimensionen, … Der LHC Beschleunigerkomplex

13 CMS-Detektor: Higgs, Dunkle Materie, Extra Dimensionen, … Der LHC Beschleunigerkomplex

14 LHCb-Detektor: Materie/Antimaterie- Asymmetrie, … Der LHC Beschleunigerkomplex

15 ALICE Detektor: Quark-Gluon-Plasma in Pb-Pb-Kollisionen, … Der LHC Beschleunigerkomplex

16 Supraleitende Doppel-Dipolmagnete im LHC-Tunnel L 15 m, M 30 t, B 8.33 T Magnetische energie: 10 GJ Temperatur: 1.9 K Kühlung: superfluides Helium 170 kW Kryogenik 93 Tonnen Helium-Vorrat t kalte Masse im Tunnel

17 … 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)

18 CERN Control Centre

19 Das Detektorprinzip Suche charakteristische Signatur von Higgs / Dunkle Materie / …

20 e e jet H Z Z in CMS e q q

21 ATLAS Pixel Detektor

22 20 m elektronische Kanäle Auslesechips direkt auf Pixelsensoren gelötet ATLAS Pixel- Detektor

23 ALICE Zeit-Projektions-Spurkammer

24 Auslese-Elektroden ALICE Zeit-Projektions-Spurkammer

25 LHCb RICH Detektor HPD elektronische Auslesekanäle

26 CMS Kristall-Kalorimeter PbWO 4 Kristalle APD/VPT-Auslese 2.2 x 2.2 cm 2 23 cm PbWO 4 -Kristalle APDs

27 Die Daten Typischer Informationsfluss pro Detektor: Elektronische Kanäle 10 8 Bytes pro Kanal 1 Kollisionen pro Sekunde Bytes/s restriktive Trigger Datenkompression

28 25 ns Discovery Events H e e jet jet etc pp-Stöße pro Sekunde weich behalte wenige 10 6 harte Stöße/s behalte einige 1 Stoß pro Stunde behalte möglichst alle Prinzip der Trigger

29 Hardware Trigger 40 MHz Mehrstufige Software-Trigger tausende von Multi-CPU-PCs 75 kHz Massenspeicher 200 Hz 300 MB/s 1 Petabyte pro Jahr Auslese-Pufferspeicher 3 GB/s 120 GB/s

30 GRID-Computing Data Processing & Physics Analysis Dynamic data management and job scheduling in a world wide computing network 140 institutes 35 countries 7000 users

31 LHC Computing Grid CERN 11 Tier 1s data archive initial processing 130 Tier 2s in 33 countries D USA (2) Taiwan … re-processing data-intensive analysis end-user analysis simulation DESY München Freiburg Aachen … Tier 3s local clusters at Universities... … Univ. 1Univ. 2Univ. 3 (Ka) Tier 0

32 CERN Tier 0 Centre

33 Organisation und Management 2000 Physiker + Ingenieure pro Experiment

34 ATLAS Organization (upper levels) ATLAS Plenary Meeting Collaboration Board Resources Review Board Spokesperson Technical Co-ordinator Resources Co-ordinator Executive Board CB Chair Advisory Group Inner DetectorTile CalorimeterMagnet System Computing Co-ordination Electronics Co-ordination LAr CalorimeterMuon Instrum.Trigger/DAQ Physics Co-ordination Additional Members Funktioniert ohne hirarchische Weisungsbefugnis

35 … ist aber auch harte Arbeit! Physik macht Spaß!


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