Utfordringer for partikkelfysikken Hva består den mørke materien av? Hva er mørk energi? Kan kreftene i naturen beskrives under samme lest? Er Higgs-mekanismen forklaringen på hvordan partiklene får masse? Hvorfor har universet så lite antimaterie? Kan vi bidra til å forstå mer av universets begynnelse?
Universe The reconstruction of the History of the Universe
25 ns Event rate in ATLAS : N = L x (pp) 10 9 interactions/s Mostly soft ( low p T ) events Interesting hard (high-p T ) events are rare
Fysikkarbeidsgrupper ved ATLAS B-mesoner Topp-kvark studier Standard-modellen Higgs Supersymmetri Exotics Tunge ioner
Hvorfor har universet bare materie? Sakharovs tre betingelser: Brudd på bevaring av baryontall Brudd på partikkel-antipartikkelsymmetri Faseoverganger (system ute av termisk likevekt) Partikkelfysikk kan bidra til å belyse de to første betingelser
B-mesoner: CP-brudd Mesoner som inneholder b-kvarken (den nest tyngste kvarken) Dedikerte eksperimenter ( B-factories )har funnet en liten forskjell mellom B-mesoner, og deres antimesoner (CPbrudd) Ikke nok til å forklare den store asymmetrien mellom materie og antimaterie i universet. Vil også finne ut av alle henfallsparametre. LHC eksperimentene vil gjøre alternative studier
t-kvarken Eksistens etablert ca 1994 Eneste kvark som henfaller før den binder seg til en annen kvark. Ca 50000 ganger tyngre enn u og d kvarker Egenskaper fortsatt dårlig kjent, og må studeres Henfaller nesten alltid til b-kvark+w-boson
En partikkelkollisjon der et topp-antitopp par produseres. LHC: Antikvarker og gluoner i Proton sjøen. Merk: Antall kvarker produsert = antall antikvarker produsert
Standardmodell (SM)-fysikk Grunnet den svært høye kollisjonsraten får vi ved LHC masse data om veldig mange prosesser og partikler. Disse kan brukes til presisjonsmåling av mange av standarmodellens prediksjoner får enten befestet SM ELLER en finner avvik, noe som antakelig bare kan forklares gjennom utvidelser av SM
Invariant masse til μ + μ - par.
Vi finner partikler av mange typer
SUPERSYMMETRI (SUSY) En foreslått utvidelse av SM, der hver eneste partikkel har sin supersymmetriske partner-partikkel. Mest plausible måte å få forent de sterke vekselvirkninger med de elektrosvake
Supersymmetri, en partnerpartikkel til hver kjente vanlige partikkel
SUSY (forts) I de minimale modellene har vi en bevaringslov i antall partiker som Normal medfører text at den - letteste click supersymmetriske to edit partikkel er helt stabil! Kandidat for universets mørke materie! Må være nøytral Må være tyngre enn ca 40 GeV (fra eksperimenter) Bør finne signaler for dette ved LHC, hvis SUSY finnes. Ses i detektoren som en ubalanse i totalenergien målt i detektoren.
Search for supersymmetry using final states with one lepton, jets, and missing transverse momentum with the ATLAS detector. In R-parity conserving SUSY models [2], the lightest supersymmetric particle (LSP) is stable and escapes detection, giving rise to events with significant Normal missing transverse text momentum. - click In to decay edit chains with charginos, chargino decay to the LSP can produce a high-momentum lepton.
HIGGS-partikkel(er) SM forutsier at Higgspartikkelen må eksistere for at partiklene skal kunne ha masse! Presisjonsmålinger: Hvis SM er rett så er higgspartikkelmassen mindre enn ca. 200-300 GeV, helst under 150 GeV. Da skal denne kunne finnes ved LHC i 2011 eller 2012!!! SUSY og andre utvidelser forutsier en eller flere higgspartikler...
Det fins Higgs kandidater fra LEP-eksperimentene Men ikke bevis: SM-Higgs massen må være over 114 GeV.
En pedagogisk hodepine. Plot showing the effect on the 95% exclusion limits of increasing the integrated luminosity from 0.5 inverse femtobarns to 5 inverse femtobarns at 7 TeV. For example, one could exclude a Standard Model Higgs with a mass lying between 135 and 188 GeV with only 0.5 fb-1 but this would nearly extend from the LEP limit of 114 GeV to several hundreds GeV with 5 fb-1 of total integrated luminosity for ATLAS alone
Kan Higgs-feltene ha noe med den mørke energien å gjøre? Det fins i hvert fall teoretikeres som spekulerer på at vakuum er fylt med dette og gir en frastøtningseffekt.
Eksotiske fenomener Signaturer for ekstra dimensjoner Teorier kan konstrueres der gravitasjonskraften virker i mer enn 3 dimensjoner, mens de andre kreftene virker i bare 3 dimensjoner. Kan være med å forklare mørk materie, som da evt. finnes i de usynlige dimensjonene!!!! Mini svarte hull: Kan vi i LHC lage så høy masseenergitetthet at dette kollapser i et svart hull? NB: I så fall er det svarte hullet meget kortlivet!
Simulert signatur for mini svart hull
Bly-Bly kollisjoner ved LHC: ALICE-eksperimentet er dedikert til dette. De to andre eksperimentene kan også studere disse kollisjonene. (Jeg viser her et ATLAS event) Events som dette er Normal text -sterke click indikasjoner to edit på eksistensen av kvarkgluon plasma
Oppsummert Vi har en Normal vel etablert text teori - click for hvordan to edit elementærpartiklene vekselvirker og hvordan materien er bygd opp fra disse (Standardmodellen) Vi har nå mye data som underbygger Big Bang kosmologi, men vi trenger både mørk materie og repulsiv mørk energi for å forklare det vi ser Det er nå en sterk kobling mellom astrofysikk og partikkelfysikk.
LHC åpner et nytt energivindu og data er i ferd med å bidra til: Innsikt i hvorfor partikler har masse (higgsmekanismen) Innsikt i utvidelser av standardmodellen, og dermed muligens om Mørk materie Forening av vekselvirkningene til en teori
Fire uavklarte spørsmål Hvorfor er gravitasjon så forskjellig fra de andre kreftene? Gravitasjonsteorien omhandler selve rommet De andre kreftene omhandler partikler som beveger seg i dette rommet Hva er mørk energi? Hvorfor har vi så lite antimaterie i universet Hva består den mørke materien av
Takk for meg Takk for meg!