Laboratoriot ja kokeet

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Laboratoriot ja kokeet"

Juho Laine
7 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 Laboratoriot ja kokeet Osa 2. Paula Eerola Fysiikan laitos ja Fysiikan tutkimuslaitos

2 Aiheet CERN LHC ja LHC-kokeet Fermilab Tulevaisuuden suunnitelmat P. Eerola, AFO

3 The Tevatron pp collider: 6.5 km circumference Beam energy: 980 GeV s=1.96 TeV 36 bunches: Time between bunches: t=396 ns Main challenges: Anti-proton production and storage Irregular failures: Quenches CDF and DØ experiments: 700 physicists/experiment Chicago 3

4 P. Eerola, AFO

5 P. Eerola, AFO

6 P. Eerola, AFO

7 P. Eerola, AFO

8 P. Eerola, AFO

9 P. Eerola, AFO

10 P. Eerola, AFO

11 P. Eerola, AFO

12 P. Eerola, AFO

13 P. Eerola, AFO

14 P. Eerola, AFO

15 P. Eerola, AFO

16 P. Eerola, AFO

17 P. Eerola, AFO

18 P. Eerola, AFO

19 P. Eerola, AFO

20 Tevatron Integrated Luminosity Ldt= 6.9 fb -1 N event = cross section x Ldt x Efficiency Given by Nature (calculated by theorists) accelerator Detector (Experimentalist) 20

readout channels 6 m 2 material:15% X 0 Forward calorimeters Forward muon system

21 CDF Core detector operates since 1985: Central Calorimeters Central muon chambers Major upgrades for Run II (2003 ): Drift chamber: COT Silicon: SVX, ISL, L00 8 layers 700k readout channels 6 m 2 material:15% X 0 Forward calorimeters Forward muon system Improved central too Time-of-flight Preshower detector Timing in EM calorimeter Trigger and DAQ 21

22 DØ Detector Retained from Run I Excellent muon coverage Compact high granularity LAr calorimeter New for run 2: 2 Tesla magnet Silicon detector Fiber tracker Trigger and Readout Forward roman pots 22

23 DØ Detector 23

24 Higgsin löytyminen mahdollista, Tevatron toimii loistavasti Kokeiden ikääntyminen ja säteilyvauriot riski 24

25 LHC vs. Tevatron LHC (design) LHC (juuri nyt) Tevatron (achieved) Törmäysenergia 14 TeV 7 TeV 1.96 TeV Kimppujen lkm Kimppujen väli 25 ns 396 ns Suihkujen kokonaisenergia 360 MJ ~muutama MJ 1 MJ Huippuluminositeetti cm -2 s -1 7 x cm -2 s x cm -2 s -1 Integroitu luminositeetti / vuosi fb -1 ~1 fb -1? ~2 fb -1 Design-LHC: 7x törmäysenergia, 3-30 x luminositeetti, vaikutusalat x isompia Nyt: vielä on matkaa, mutta Tevatroniakin on käytetty vuodesta

26 Mitä seuraavaksi? Tevatron: 2011 loppuun (jatko 2014 asti?) LHC: TeV, TeV LHC upgrade : intensiteetin nosto Seuraavaksi: Linear Collider e + e - korkealla energialla (500 GeV 3 TeV?) Muon Collider Neutriinokokeet...??? P. Eerola, AFO

e + e - vs Hadron Colliders Circular colliders: Pro: Reuse their power on each turn Con: Synchrotron radiation reduces energy of particles Problem worsens with m 4 Linear colliders:

27 e + e - vs Hadron Colliders Circular colliders: Pro: Reuse their power on each turn Con: Synchrotron radiation reduces energy of particles Problem worsens with m 4 Linear colliders: Particle sees each component just once Now more cost-effective for electrons than circular collider => proposal of ILC (=International Linear Collider) Energy loss per turn: Energy loss: e vs p 27

28 Lineaariset e + e - törmäyttimet ILC International Linear Collider TeV CLIC Compact Linear Collider 3 TeV P. Eerola, AFO

29 CLIC P. Eerola, AFO

30 ILC Baseline Configuration - Schematic 500 GeV CM 1 TeV CM 30 ~30km, 31.5MV/m 2820 bunches, spaced 300ns 5 times per second Luminosity Paula Eerola Juni 2007

31 Myonitörmäytin Törmäysenergia: pistemäiset törmäävät hiukkaset (vrt. protonit) Ei merkittävää jarrutussäteilyä (vrt. e + e - ), kompakti Kaksoiskäyttö: voidaan käyttää myös intensiivisten neutriinosuihkujen tuottoon Tällä hetkellä suurin kiinnostus Fermilabissa + µ + 50 % + 50 % µ µ e ν eν e ν eν ν e ν e ν µ 50 % + 50 % µ µ ν Produces high energy ν e, above τ threshold Muon Collider: Zisman March 6,

32 ...toisaalta... Myonien tuotto hankalaa (p π µ) Alhainen tuottotodennäköisyys, alkuperäisellä protonisuihkulla täytyy olla hyvin suuri intensiteetti Tuotetut myonit eivät monoenergeettisiä, tarvitaan erilaisia jäähdytys - ym. systeemejä homogeenisen myonisuihkun aikaansaamiseksi Myoneilla on lyhyt elinaika! 2.2 µs omassa leposysteemissä Suihkun tuoton, käsittelyn ja kiihdytyksen täytyy tapahtua nopeasti! Myonien hajoamisissa tuotetut elektronit lämmittävät magneetteja ja aiheuttavat taustasignaaleja detektoreissa P. Eerola, AFO

33 Neutriinot Neutriinojen luonne (Majorana vai Dirac) ja massat (oskillaatiot) intensiivisen tutkimuksen kohteena Neutriinokokeita (kiihdyttimellä tuotetut neutriinot) tällä hetkellä: CERN Opera detektori, Gran Sasso (Italia), Fermilab Minos detektori, Soudan (US), T2K (Japani) Muita kokeita iso liuta: KATRIN, NEMO3, CUORE/Cuoricino, Gerda, SNO, Borexino, Kamland, Miniboone... Pyhäsalmen kaivoksen neutriinokoesuunnitelmat P. Eerola, AFO

34 Yhteenveto Elämme mielenkiintoisia aikoja LHC juuri käynnistynyt edellinen suurkiihdytin käynnistyi 1989 (LEP)! Valtava määrä uutta dataa odotettavissa ainakin seuraavalle 10:lle vuodelle Tevatron kilpailuttaa vielä LHC:tä Uusista suurprojekteista päätetään luultavasti vasta sitten, kun LHC:n tulokset on analysoitu kunnolla, ja meillä on parempi tiekartta tulevaisuuden hiukkastutkimukseen P. Eerola, AFO

35 KIITOS MIELENKIINNOSTA! P. Eerola, AFO 35

Samankaltaiset tiedostot

Paula Eerola 17.1.2012

Paula Eerola 17.1.2012 Suomalainen tutkimus LHC:llä Paula Eerola Fysiikan laitos ja Fysiikan tutkimuslaitostki it 17.1.2012 Mikä on LHC? LHC Large Hadron Collider Suuri Hiukkastörmäytin on CERN:ssä sijaitseva it kiihdytin, toiminnassa