9 februari 2012

Artikelen Reacties

Je bent hier: Home / Archief voor fermilab

Vrijdag gaat de Tevatron deeltjesversneller voorgoed dicht

28 september 2011 Door Reageer

De Tevatron deeltjesversneller

Komende vrijdag – 30 september 2011 – zal de befaamde deeltjesversneller Tevatron van het Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) in Batavia, Illinois, door bezuinigingen voorgoed z’n deuren sluiten. Daarmee komt er een einde aan een wetenschappelijk instrument, dat tientallen jaren de grootste in zijn soort ter wereld was en waar vele natuurkundige waarnemingen mee zijn gedaan. Pas met de komst en ingebruikname van de Large Hadron Collider (LHC) in Genève moest de Tevatron z’n meerdere erkennen. De Tevatron ring is een 6,28 km lange deeltjesversneller, waarin vanaf 13 februari 1985 protonen en antiprotonen1 worden versneld tot bijna de lichtsnelheid. Op twee verschillende plekken – bij de 5000 ton zware D0 (‘D Zero’) en CDF detectoren – botsen die deeltjes bij elkaar en dat levert nieuwe deeltjes op. In 1995 ontdekte men op deze manier met de Tevatron het top quark, het zwaardere broertje van de op- en neer-quark, waaruit protonen en neutronen bestaan. De laatste twee jaar hoopte men om bij de botsingen een glimp op te vangen van het Higgs boson en van supersymmetrie, maar helaas pindakaas, dat resultaat bleef uit. Ook waren er nogal eens tegenstrijdige berichten uit het D0- en CDF-kamp, zoals het geval was bij de ‘Wjj-hobbel’, die wel door het CDF, maar niet door Do werd waargenomen. Wat het Higgs boson betreft – waarvan de verwachting is dat deze in het annus mirabilis 2012 door de LHC zal worden gedetecteerd – heeft het Tevatron wel het massabereik ervan kunnen verfijnen. De botsingen van de protonen en antiprotonen in de Tevatron hebben geleid tot maar liefst 937 wetenschappelijke publicaties. Na vrijdag zijn alle ogen alleen op de LHC gericht en mag deze het ‘grote werk’ – de speurtocht naar het Higgs boson en supersymmetrie – verder afmaken. :bron: Bron: Science.

Noot:
  1. In de LHC knallen ze alleen protonen tegen elkaar, geen antiprotonen. [↩]
Onderwerp: elementaire deeltjes Tags: , , , ,

Hebben ze bij Fermilab een vijfde natuurkracht – Technicolor – gezien?

9 april 2011 Door 2 Reacties

Hebben ze bij Fermilab's Tevatron een vijfde natuurkracht ontdekt?

Afgelopen week werd bekendgemaakt dat ze met het CDF experiment (“Collider Detector at Fermilab”) van de Tevatron deeltjesversneller in de Verenigde Staten in de gegevens aanwijzingen hebben gevonden voor het bestaan van een nieuw elementaire deeltje, het Z’ Boson (spreek uit: Z-accent boson). Er is een kans van 1 op 1000 dat het níet om een nieuw deeltje gaat, maar om een statistische fluctuatie, welke kans de natuurkundigen 3σ (drie-sigma) noemen. Da’s niet voldoende om zeker te zijn dat het deeltje bestaat, daarvoor is 5σ nodig, d.w.z. dat die kans 1 op een miljoen moet zijn. Met de wetenschappelijke publicatie van de gegevens is tegelijk een boel speculatie ontstaan over een mogelijkheid dat het Z’ boson samenhangt met een nieuwe, vijfde natuurkracht. De meeste aandacht gaat daarbij uit dat we te maken hebben met het zogenaamde Technicolor, een natuurkracht die tientallen jaren geleden al voorspeld werd door theoretici. Technicolor zou sterk lijken op de sterke wisselwerking, één van de vier bekende natuurkrachten (zie afbeelding rechts), welke de quarks in de kerndeeltjes samenbindt. Technicolor zou alleen bij veel hogere energieën optreden én het zou elementaire deeltjes hun massa geven. Dat laatste is interessant, want dat is nou juist hetgeen van het beroemde Higgs boson verwacht wordt. Het Z’ boson is niet het Higgs boson, al wordt het wel een ‘light Higgs boson’ genoemd. In feite zou je met het Z’ boson èn Technicolor het Higgs boson helemaal niet meer nodig hebben.

Het wachten op verificatie van de waarnemingen

De vier bekende natuurkrachten

Bij de CDF experimenten worden protonen en antiprotonen tegen elkaar geknald – per seconde twee miljoen keer en dat gedurende de afgelopen acht jaren – en dat resulteerde in grafieken, waarin je het resultaat van die botsingen ziet. Telkens ontstaat bij zo’n botsing een W boson plus een paar quarks. Bij een gezamenlijke massa van 144 GeV van dat paar is een hobbel in de data te zien en die hobbel is het signaal dat er mogelijk een Z’ boson bestaat. De bedenkers van Technicolor hebben andere, exotische namen voor de krachtdragers bedacht, zoals het technirho of het technipion. Misschien dat het Z’ boson één van die deeltjes is. Afijn, genoeg theorieën dus. In het Tevatron is nog een apparaat werkzaam, genaamd D0 (D-zero), en daarmee proberen ze momenteel de CDF-waarnemingen te verifiëren. Ook aan de overkant van de grote plas, bij de grotere deeltjesversneller de Large Hadron Collider van CERN proberen ze te kijken of het Z’ boson en Technicolor echt bestaan. Dàt zou toch echt opwindend zijn, want dat zou kunnen betekenen dat er helemaal geen noodzaak is dat het Higgs boson en het daarmee samenhangende Higgs mechanisme bestaan. Wordt vervolgd! :bron: Bron: New Scientist.

Onderwerp: elementaire deeltjes Tags: , , , ,

Heeft Fermilab’s Tevatron een Z’ boson ontdekt?

6 april 2011 Door 5 Reacties

Natuurkundigen hebben in de data verkregen met de deeltjesversneller Tevatron van het Amerikaanse Fermilab een hobbel  (‘bump’) gezien en het zou wel eens kunnen zijn dat die hobbel wijst op het bestaan van een zogenaamd Z’ boson met een massa van ongeveer 144 GeV. Dat is een nieuw elementair deeltje, een variant van de reeds bekende W en Z bosonen. Ze knallen daar in het Tevatron protonen en antiprotonen tegen elkaar en het resultaat is een botsing – gemeten met het CDF instrument – waarbij W bosonen en twee ‘jets’ ontstaan, bundels van diverse deeltjes. De pas gevonden hobbel zie je in blauw in de grafiek hieronder:

Je zal wellicht zeggen ‘hé, links naast die blauwe hobbel zie ik een nog veel grotere rode piek’. Ja dat klopt, alleen wordt die rode piek door het Standaardmodel voorspeld, waarbij normale Z en W bosonen betrokken zijn. Er zijn theoretisch verschillende soorten Z’ bosonen en één daarvan zegt dat dit deeltje een soort lichte versie van het Higgs boson is. Er zijn ook modellen die zeggen dat het Z’ boson wijst op een vijfde natuurkracht, die naast de vier bestaande natuurkrachten zou bestaan. Die natuurkrachten zijn de sterke, zwakke en electromagnetische wisselwerking en de zwaartekracht. De W en Z bosonen zijn betrokken bij de zwakke wisselwerking. Het is niet zeker òf de waarnemingen met de Tevatron deeltjesversneller ook werkelijk wijzen op een nieuw deeltje of een nieuwe kracht. Voor het wetenschappelijke bewijs is een standaardafwijking van 5σ nodig (5 sigma) en dat wordt hier niet gehaald. Ze hebben 3,2σ en dat duidt op een signaal dat boven de ruis uitkomt en dat het onwaarschijnlijk is dat de hobbel het gevolg is van statistische effecten. Afijn, maar even afwachten wat de berichten komende tijd zeggen. Oh ja, er is al een pluchen knuffelversie van het Z’ boson:

:bron: Bron: onder andere Lubos Motl’s The Reference Frame.

Onderwerp: elementaire deeltjes Tags: , ,

Fermilab’s Holometer op zoek naar de Ruis van Hogan

24 oktober 2010 Door Reageer

De Fermilab Holometer

Begin 2009 vertelde ik over de experimenten in Hannover met het Brits-Duitse GEO600 instrument, waarmee men probeert zwaartekrachts- of gravitatiegolven te meten, rimpels in de ruimtetijd, die veroorzaakt worden door gigantisch extreme gebeurtenissen zoals botsende zwarte gaten. Díe golven zijn tot nu toe niet gevonden, maar wel vond men wellicht iets anders, wat net zo bijzonder is, namelijk de quantumstructuur van de ruimtetijd zelf. Die structuur zou ‘korrelig’ zijn, dat wil zeggen dat ruimte en tijd bestaan uit kleinste eenheden, de Planck-eenheden. Dat betekent dat er een minimumlengte in het heelal is en da’s de Plancklengte, ongeveer 1,6 × 10−35 meter, oftewel 10−20 keer de diameter van een proton. De GEO600 kan met een ‘resolutie’ van 10-15 meter – ook niet verkeerd hoor – zo’n korrelige structuur op die schaal nooit waarnemen. Maar begin 2010 kwam de Amerikaanse kosmoloog Craig Hogan, directeur van het Fermilab Center for Particle Astrophysics in Batavia bij Chigago, met de theorie dat de korreligheid of ruis van de ruimtetijd wel degelijk waargenomen kan worden. Hij wordt namelijk vergroot wordt als je er van veraf naar kijkt, een vergroting die Hogan the holographic uncertainty principle noemt, in navolging van Heisenberg’s onzekerheidsprincipe. Hij denkt dat de ruis versterkt wordt, net zoals korrels op een filmrol vergroot worden weergegeven op een filmdoek. Als lichtgolven in het heelal hun weg afleggen merken ze de korreligheid van de ruimtetijd en dat is vervolgens zichtbaar in interferentiepatronen. In feite is de korreligheid op de allerkleinste quantumschaal een gevolg van een holografische projectie van het gehele heelal, aldus Hogan. 8-O Afijn, waar ik naar toe wil is dat Hogan – directeur dus van Amerika’s grootste deeltjesinstituut Fermilab, dé concurrent van CERN in Europa – opdracht heeft gegeven een zogenaamde holometer, een holografische interferometer, te bouwen. Een apparaat (zie afbeelding) om nog beter dan de GEO600 de ‘Ruis van Hogan’, de korrelige ruimtetijd-structuur dus, te observeren. En passant ook nog de zwaartekrachtsgolven detecterend! Hoezo ambitieus. :bron: Bron: AstroEngine.

Onderwerp: relativiteitstheorie/QM Tags: , , , , ,

Ziet D0 natuurkunde buiten het Standaard Model?

18 mei 2010 Door 2 Reacties

Resultaten van DO

In het zogenaamde D0 (DZero) experiment van Fermilab’s Tevatron deeltjesversneller hebben wetenschappers sterke aanwijzingen gevonden voor een natuurkundig verschijnsel dat niet kan worden verklaard door het Standaard Model, hét model dat de elementaire deeltjes en de krachten ertussen verklaard. Het draait in de experimenten om de vraag waarom het heelal meer materie bevat dan antimaterie. Er is meer materie dan antimaterie en da’s maar goed ook, want stop beiden bij elkaar en ze annihileren elkaar tot licht, tot losse fotonen. Dat CP-schending plaatsvindt, zoals natuurkundigen de asymmetrie tussen materie en antimaterie noemen, was al lang bekend in sommige zeldzame reacties met neutrale K-mesonen. Maar dat was nooit genoeg om het totale waargenomen verschil te verklaren. De resultaten van D0 zijn van echter een andere orde. D0 schiet protonen en antiprotonen tegen elkaar, hetgeen eerst B-mesonen en vervolgens muonen en antimuonen oplevert, een zwaar soort electronen. Je zou 50% muonen (μ) en 50% antimuonen (-μ) verwachten. Maar wat blijkt: D0 kreeg 50,5% muonen en 49,5% antimuonen, 1% verschil. Dat verschil komt door de zogenaamde neutrale B-mesonen, waar je een ‘gewone’ en een ‘antigewone’ variant van hebt. In de dierenwereld heb je van die dieren die soms mannetje en soms vrouwtje zijn en da’s met die neutrale B-mesonen ook het geval: miljarden keren per seconde oscilleren ze tussen gewoon en antigewoon. Wat blijkt nu: de neutrale B-mesonen gaan liever van antigewoon naar gewoon dan andersom. Het waargenomen effect is wel 50 keer groter dan wat het Standaard Model voorspelt (in de afbeelding: het SM-lijntje is de voorspelling, de twee plusjes zijn de waarnemingen).  De door D0 waargenomen asymmetrie heeft een standaardafwijking van maar liefst 3,2σ en da’s erg nauwkeurig. Theoretici denken dat er wellicht onbekende elementaire deeltjes of natuurkrachten zijn die verantwoordelijk zijn voor de asymmetrie. Wordt vervolgd! Bron: o.a. A Quantum Diaries Survivor.

Onderwerp: elementaire deeltjes Tags: , , , ,

Hoe zwaar is het Higgs boson eigenlijk?

11 maart 2009 Door 5 Reacties

Welke massa heeft het Higgs boson?

Welke massa heeft het Higgs boson?

Er lijkt een ware prestigeslag uitgebroken tussen de grote deeltjesversneller van de Verenigde Staten, het Fermilab bij Chigago, en van Europa, de Large Hadron Collider bij Genève, om als eerste het Higgs boson te ontdekken. Een paar dagen geleden werd bekend gemaakt dat ze bij Fermilab voor het eerst een losse top-quark hadden ontdekt. Da’s op zich niet zo schokkend, maar wel dat de analysemethodes die ze daarbij gebruikten ook gebruikt kunnen worden om het signaal van een eventueel opdoemend Higgs boson los te weken van de achtergrondruis. Eh… ik gebruik de term schokkend vanuit LHC-oogpunt: daar hebben ze sinds september vorig jaar te kampen met een enorme tegenslag in de vorm van een heliumlekkage, waardoor ze minstens een jaar uitstel voor de kiezen hebben gekregen. Dat boson, waarvan je deze Astroblog maar even moet lezen als je niet meer weet wat voor elementair deeltje dat ook weer is, vormt tegenwoordig de Heilige Graal van de natuurkunde en de vondst ervan betekent een gegarandeerde Nobelprijs. Ergo: Fermilab en LHC experimenteren c.q. herstellen zich suf om dat deeltje als eerste te zien. Belangrijk daarbij is de vraag hoe zwaar het Higgs boson nou precies weegt. Hoeveel rustmassa heeft Ho, zoals het wordt afgekort? Tot afgelopen zomer dachten de dames/heren natuurkundigen dat de massa ergens tussen 114 GeV en 185 GeV1 moest liggen. Maar recent onderzoek in het Fermilab heeft wat nadere beperkingen aan de massa opgeleverd en hoe het mogelijke plaatje er nu uitziet zie je in de afbeelding hierboven (onderste helft). Die blokkade van een mogelijke massa rondom 170 GeV is ingegeven door de nauwkeurige bepaling door Fermilab van de massa van het zogenaamde W boson: 80,401 +/- 0,044 GeV. Tsja, hoe W boson en Higgs boson aan elkaar gekoppeld zijn is een lang verhaal, maar neem van mij aan dàt ze qua massa aan elkaar gekoppeld zijn. De Tevatron van het Fermilab is theoretisch in staat Higgs bosonen tot 170 GeV  te detecteren. Ze zijn daar dan ook wat blij dat langzaam maar zeker een zwaar Higgs boson (zwaarder dan 170 GeV) steeds minder waarschijnlijk wordt. Misschien moeten Fermilab en LHC het maar op een deal gooien: Fermilab vindt een eerste aanwijzing voor het Higgs boson en LHC geeft een formele bevestiging ervan. Deal? Bron: New Scientist.

Noot:
  1. Ter vergelijking: de massa van een proton is 1 GeV/c2, dus het is een zéér zwaar deeltje. [↩]
Onderwerp: elementaire deeltjes Tags: , ,

Fermilab heeft een losse top-quark gezien

9 maart 2009 Door 2 Reacties

Het losse top-quark

Het losse top-quark

Natuurkundigen van de deeltjesversneller Fermilab bij Chigago (VS) zijn er voor het eerst in geslaagd om een losse top-quark1 waar te nemen. Dat schijnt nogal lastig te zijn om te kunnen produceren en de kans dat er eentje ontstaat bij botsingen van protonen en antiprotonen is 1 op 20 miljard. Paren van quarks worden volop waargenomen, daar is de aardigheid na de eerste ontdekking van het top-quark in 1995 inmiddels al vanaf. Bij de productie van de quarkparen is de zogenaamde sterke wisselwerking verantwoordelijk. Maar voor losse quarks is een andere natuurkracht noodzakelijk, de zwakke wisselwerking. De ontdekking van de losse top-quark werd gedaan in het kader van het Tevatronprogramma, met welke de Amerikanen ook al op jacht zijn naar de ontdekking van het Higgsboson. Het gevonden top-quark sterkt de Amerikanen daarbij. Probleem waar men mee te maken had was om in de achtergrondruis het ene fijne signaal van het top-quark te onderscheiden. Met nieuwe analysetechnieken is men daar goed in geslaagd en men wil nu kijken of deze technieken ook in te zetten zijn voor het vinden van het Higgs-boson (ik hoor een siddering door de catacomben van het CERN-laboratorium gaan). De twee instrumenten waarmee het losse top-quark werd waargenomen en die de waarneming onafhankelijk van elkaar konden bevestigen, zijn het CDF (Collider Detector at Fermilab) en DZero (D0 detector at the Fermilab). Op vier maart verschenen artikelen in het vakblad The Physical Review Letters, eentje voor de CDF en eentje voor DZero. Aantal auteurs voor artikel 1: 635 en voor artikel 2: 600. 8-O Natuurkunde is geen vak meer voor solisten, da’s duidelijk. :-) Bron: Fermilab.

Noot:
  1. Er zijn zes soorten quarks: up en down; charm en strange; top en bottom. [↩]
Onderwerp: elementaire deeltjes Tags: ,

Fermilab heeft wellicht ‘iets’ ontdekt

1 november 2008 Door 2 Reacties

Muonproductie in de CDF

Muonproductie in de CDF

Het gonst sinds gisteren van de geruchten1  op het internet over een mogelijke ontdekking die gedaan zou zijn met de CDFII detector, onderdeel van de Tevatron deeltjesversneller van het Fermilab (Chigago, VS). Het draait om experimenten waarbij men protonen en antiprotonen met energieën rond 2 TeV tegen elkaar laat botsen. Zolang de LHC nog in katzwijm ligt is de Tevatron ‘s werelds grootste deeltjesversneller. De CDF is de Collider Detector at Fermilab. De natuurkundigen die met de tweede run van de CDF werken (vandaar CDFII) hebben hun bevindingen gepubliceerd in een artikel en dat op arXiv geplaatst. Bij de botsingen worden meerdere muonen geproduceerd, een zwaarder soort van electronen. Eén van de geproduceerde muonen trof men aan op een afstand van 1,5 cm van het botsingspunt. Da’s veel verderweg dan bij andere muonen. Kennelijk heeft dit muon een levensduur gehad van 20 picoseconden, nodig om die 1,5 cm te halen. Gewone muonen hebben een veel kortere levensduur. Het is op dit moment nog te vroeg om precies vast te stellen wat men precies gezien heeft, maar het zou om een nieuw exotisch deeltje2 kunnen gaan. Sommigen spreken van een signaal dat wijst op Dark Unified SUSY (supersymmetrie). Er zou ook sprake kunnen zijn van een nieuw soort achtergrondeffect in de detector. Wetenschappers raken in feite pas opgewonden als ook andere detectoren op dezelfde stuiten. Daarom doet men nu hevige pogingen om ook met de andere detector van Fermilab, de Dzero of D0 detector hetzelfde te zien als met de CDF. Zodra ik meer weet over de waarnemingen bij Fermilab laat ik het jullie weten. Wordt vervolgd! :-D Bron: Uncertain Principles.

Noot:
  1. Zie bijvoorbeeld Tommaso Dorigo, Peter Woit, Lubos (humor!) en Carl. [↩]
  2. Eén commentator zegt dat het wellicht om een Centauro gaat. [↩]
Onderwerp: elementaire deeltjes Tags:

Switch to our mobile site