Department of Physics and Technology. ATLAS + Higgs. Norwegian Teacher Programme Steffen Mæland. uib.no

Transkript

1 U N I V E R S I T Y O F B E R G E N Department of Physics and Technology ATLAS + Higgs Norwegian Teacher Programme 2017 Steffen Mæland uib.no

2 Large Hadron Collider 2

3 Large Hadron Collider 3

4 Tidslinje "A general purpose proton-proton detector for the Large Hadron Collider" Fortsetter til 2035 Designrapport klar Letter of Intent offentliggjort Hall ferdig utgravd Verdens største SLmagnet slås på Første kollisjoner Higgsoppdagelsen Long shutdown 1 Oppstart Run 2 4

5 ATLAS Collaboration 38 land, 180 institutt, cirka 5000 medlemmer 5

6 ATLAS 6

7 7

8 Inner-detektor Konstruerer spor av ladde partikler Måler bevegelsesmengde ved å se på bøyning i magnetfelt Fire lag med piksel-teknologi: IBL - ny 2013/14, 12 megapiksler, 50 μm 250 μm Kombinasjon av 3D- og tradisjonell teknologi Tre originale piksel-lag, ca 80 megapiksler Pikselstørrelse 50 μm 400 μm, 250 μm tykk sensor Fire lag med mikrostrips 6 millioner utlesningskanaler 8 12 m3 med gass-fylte strå Transition Radiation Tracker

9 Kalorimeter Måler energiavsetning To ulike systemer: Liquid Argon Calorimeter: Stopper partikler som vekselvirker elektromagnetisk (e ± /γ) Vekselvis argon (ved -183 ) og blyabsorbatorer, totalt 53 cm tykt Tile Hadronic Calorimeter: Stopper partikler via sterk verkselvirkning Vekselvis scintillatorer og stålplater 9

10 Myon-spektrometer 10 Måler bevegelsesmengden til myoner Fire forskjellige teknologier (MDT, CSC, RPC, TGC) Bygget inni/rundt toroide-magnetene Spor i myon-spektrometeret ekstrapoleres tilbake og kombineres med spor i inner-detektoren, for høy presisjon

11 Magneter To ulike magnet-systemer i ATLAS: Solenoide-magnet rundt inner-detektoren Toroide-magneter i myon-detektoren 11 2T uniformt felt Opp til 4.1T Begge er superledende, temperatur på 4.7K

12 Data Med én kollisjon per 25 ns må en velge ut data med omhu Trigger-systemet filtrerer ut interessante events i to steg MHz Level-1 / hardware trigger: Bruker et subsett av data for se etter typiske signaturer fra myon/tau/ MET, etc Detektordata lagres i buffere mens HLT avgjør videre High-Level Trigger (HLT): Software trigger, bruker data fra hele detektoren til et finere søk 100 khz 1 khz

13 13

14 Title text 14

15 Data... mye data ATLAS produserer circa 800MB - 1GB med data per sekund (1MB x 1kHz) I tillegg til å lagres på CERN, fordeles data over 13 større og ca 155 mindre datasentre, tilgjengelig for alle CERNmedlemmer 2013 LHC annual data output US census bureau data Business sent per year Google's search index National Climactic Center database Nasdaq database Videos uploaded to Youtube each year 15 Kaiser Permanente's digital health records Content uploaded to Facebook each year

16 Ditt eget datasenter? lar hvem som helst bidra med regnekraft Kan kjøre analyse/simuleringer på vanlige datamaskiner (gjennom en virtuell maskin) 16

17 Higgs 17

18 Higgs Status (Run1) Fremover (Run2 -> ) H! H! ```` Flere higgser CP-bryting Leptontallsbrudd 18

19 Produksjon To viktigste produksjonsmekanismer er: Gluon-gluon fusion Vector boson fusion Har også higgs-strahlung / associated production produksjon med topp-kvark-par 19

20 Henfall til to fotoner Minus: Lavt forgreningsforhold (~0.2%) Høy ikke-reduserbar bakgrunn Pluss: Enkel å rekonstruere God energioppløsning Bakgrunn er godt kjent / enkel å parametrisere t γ H 0 t t γ 20

21 Higgs-analyse 101 Invariant masse: massen til en partikkel i ro kan rekonstrueres fra retning og energi til henfallsproduktene Bakgrunn: + Alt med samme slutt-tilstand som higgs-henfallet, men som ikke er et higgs-henfall Modelleres fra Monte Carlo-simuleringer, eller i dette tilfellet rett fra data γ γ m Signal: Higgs-henfallet. Modelleres fra simuleringer γ 21 γ m

22 Henfall til to fotoner Data samlet over 2011 og

23 Henfall til fire leptoner µµµµ µµee eeee Henfall til,, Minus: Lavt forgreningsforhold (2% x 3% x 3%) Pluss: Lav bakgrunn Fullt rekonstruerbar prosess God oppløsning H 0 Z μ + μ Z* μ + μ 23

24 Henfall til fire leptoner 24

25 Er higgsen standardmodell-higgsen? 25

26 Flere higgser Finnes plenty teorier som inkluderer flere higgs-partikler Multi-higgs-dubletter, composite higgs, etc Enkleste utvidelsen er en to-higgs-dublett-modell, som er krav i f.eks. supersymmetri Forutsier 5 higgser 3 nøytrale, 2 elektrisk ladde Direkte søk: Se etter signatur ved høyere masse Indirekte søk: Se etter anomalier i kjente prosesser, måle egenskaper ved h(125) Koblingsstyrke til ulike partikler, spinn/cp, etc 26

27 CP-bryting i higgs-sektoren En sier at CP-symmetri er bevart dersom en prosess er identisk når partiklene byttes med antipartikler (omvendt ladning / Charge) pariteten (Parity) er snudd, dvs en ser på speilbildet av prosessen Sterk kjernekraft bevarer CP, mens svak kjernekraft bryter den litt Dersom CP er brutt, vil nøytrale partikler kunne mikse Vil se om dette skjer for nøytrale higgs-partikler, i f.eks. H! -henfall φ CP τ + π + π τ ττ ZMF 27

28 Leptontalls-brudd Aka lepton flavour violation Z! e + e Leptoner produseres alltid i par av samme type (flavour), f.eks., W +! e + e H! µ H! e H! eµ Finnes søk etter brudd på denne regelen, i form av,, 28

29 Event display quiz 29

30 30

31 31

32 32

33 33

34 34

35 35