Voor dit jaar zitten de protonenbotsingen in de LHC er weer op

Credit: CMS/CERN

Op 3 november j.l. gierden voor de laatste maal de protonen met bijna de lichtsnelheid door de 27 km lange Large Hadron Collider (LHC), ’s werelds grootste deeltjesversneller van CERN bij Genève. Sinds de start van Run 2 op woensdagochtend 3 juni vliegen er protonen met een energie van 6,5 tera (één biljoen) elektronvolt door de LHC en vervolgens knallen die met een botsingsenergie van ?s=13 TeV tegen elkaar om vervolgens uiteen te spatten in een gigantische cascade van deeltjes. De LHC wordt nu klaargemaakt om vanaf 23 november a.s. gedurende enkele weken zware loodionen met ?s=2,51 TeV tegen elkaar te knallen, waarbij ze zullen proberen om de omstandigheden tijdens de oerknal na te bootsen.

Credit: CERN

In de afgelopen vijf maanden is tijdens run 2 ruim 4 inverse femtobarn aan data verzameld bij de protonenbotsingen, 4,32 /fb om precies te zijn door ATLAS en 4,11 /fb door CMS. In de afbeelding bovenaan zie je bijvoorbeeld de ‘geïntegreerde luminositeit’ van CMS, zoals die hoeveelheid botsingen wordt genoemd. Je ziet aan de afbeelding dat de hoeveelheid botsingen vooral na half september sterk toenam. In de eerste maanden na de start van Run 2 kampte men met veel problemen, zoals het voorkomen van UFO’s. Komende maanden gaat men alle botsingen die opgenomen zijn analyseren en de verwachting is dat ergens in het voorjaar van 2016 de eerste resultaten bekend zullen worden gemaakt. Dan zal wellicht duidelijk worden of er nieuwe deeltjes gevonden zijn, die niet passen binnen het Standaard Model van de elementaire deeltjes en natuurkrachten. Er wordt nu al volop gespeculeerd over hobbels in de gemeten data, zoals eentje bij 2 TeV, die wellicht verband houdt met supersymmetrische tau leptonen, en een hobbel bij 145 GeV, die wellicht van een tweede Higgs boson is. Hopelijk weten we over een half jaartje meer daarover. Bron: Francis Naukas.

De Large Hadron Collider Run 2 heeft de grens van 1 inverse femtobarn aan botsingen gepasseerd

De Large Hadron Collider, die vanaf 3 juni j.l. aan Run 2 van protonenbotsingen begonnen is, heeft deze week de grens van 1 inverse femtobarn gepasseerd. In de 27 km lange deeltjesversneller van de LHC draaien protonen met bijna de lichtsnelheid rondjes, tot ze in

Alles wat we op dit moment weten over het Higgs boson

Credit: CERN/ATLAS/CMS

Mocht je een zee van tijd hebben en altijd al eens je tanden hebben willen zetten in een natuurwetenschappelijk vakartikel, dan raad ik je aan het volgende 61 pagina’s tellende artikel te lezen:

Measurements of the Higgs boson production and decay rates and Measurements of the Higgs boson production and decay rates and constraints on its couplings from a combined ATLAS and CMS analysis of the LHC pp collision data at ?s = 7 and 8 TeV – The ATLAS and CMS Collaborations.

Het artikel is de culminatie van de kennis die door de ATLAS en CMS detectoren tijdens Run 1 (2010-2012) van de Large Hadron Collider (LHC) verzameld is. Op de gedenkwaardige 4e juli 2012 werd de ‘mogelijke’ ontdekking van het Higgs boson bekendgemaakt, toen nog omgeven met de nodige voorzichtigheid. Inmiddels weten we dat het inderdaad ‘een’ Higgs boson is – alleen is nog de vraag of het ’t enige Higgs boson is of dat er een hele familie van Higgs bosonen is. Bovengenoemd artikel gaat vooral over de koppeling (Engels: ‘coupling’) van het Higgs boson aan andere deeltjes. In een eerdere blog heb ik verteld over de verschillende manieren waarop Higgs bosonen geproduceerd kunnen worden en waarop ze in andere deeltjes kunnen vervallen. Bij hun ‘geboorte’ en korte tijd later hun ‘dood’ speelt die koppeling – een dimensieloos getal – een grote rol en hieronder zie je de grafiek waarop de gemeten koppeling is weergegeven.

Credit: CERN/ATLAS/CMS

Op de y-as staat de koppeling van het Higgs boson als ‘ie via W en Z bosonen wordt geproduceerd, op de x-as via andere deeltjes. Het Standaard Model (SM) van de elementaire deeltjes en natuurkrachten voorspeld een waarde van 1 voor de koppeling via beide productiewijzen, aangegeven met de ster in de grafiek. De ovalen geven de gemeten koppelingen waar bij de verschillende kanalen waarin het Higgs boson kan vervallen, zoals in twee fotonen (??) en twee Z-bosonen (ZZ). Alle ovalen blijken de voorspelling van SM te dekken, een bevestiging hiervan.Het Higgs boson geeft via het Higgs mechanisme massa aan een deel van de elementaire deeltjes. Het is de koppeling die er voor zorgt dat die deeltjes hun massa krijgen. Als het inderdaad via dat Higgs mechanisme werkt moet de koppeling evenredig zijn aan de massa van de deeltjes – hoe sterker de koppeling des te meer massa. Dat is ook hetgeen ook door ATLAS en CMS is gemeten:

Credit: CERN/ATLAS/CMS

De blauwe stippellijn is de voorspelling volgens SM. Ook hier: een goede bevestiging van SM! In een eerdere gezamenlijke publicatie van ATLAS en CMS op basis van de protonenbotsingen tijdens Run 1 ging het over de massa van het Higgs boson, bepaald op 125,09 GeV. De twee gepubliceerde studies, de eerste over de massa van het Higgs boson, de tweede over de koppeling aan andere deeltjes, leveren op dit moment de beste kennis die we hebben van het Higgs boson, eh… sorry van ‘dit’ Higgs boson.

Credit: Artwork by Sandbox Studio, Chicago with Ana Kova

Er blijven overigens nog genoeg vragen over rondom het Higgs boson. Naast de eerder gestelde vraag of er maar één Higgs boson is of een hele familie is er ook nog de vraag waarom alle bosonen (deeltjes met hele spin) gekoppeld zijn aan een natuurkracht (fotonen aan de elektromagnetische kracht, W- en Z-bosonen aan de zwakke wisselwerking, gluonen aan de sterke wisselwerking, de hypothetische gravitonen aan de zwaartekracht), maar het Higgs boson aan geen enkele natuurkracht. Moet er niet een vijfde natuurkracht zijn die bij het Higgs boson behoort? Door verdere metingen met ATLAS en CMS tijdens Run 2 bij een hogere botsingsenergie van ?s=13 Tev hoopt men op deze vragen antwoord te vinden. Wordt vervolgd. 😀 Bron: The Guardian + CERN + Symmetry Magazine.

Run 2 van de Large Hadron Collider bij 13 TeV is vandaag begonnen!

Credit: CERN

Vanmorgen zijn de eerste echte botsingen van protonen in de Large Hadron Collider (LHC) van CERN bij Genève bij een botsingsenergie van 13 TeV van start gegaan – de exacte tijd dat deze recordenergie gehaald werd was om 10.12 uur Nederlandse tijd – en daarmee is de Run 2 (soms ook wel Seizoen 2 genoemd) van de LHC nu officieel begonnen. De bundels protonen zijn nu stabiel, d.w.z. dat het veilig is om de grote detectoren [1]Dat zijn ALICE, ATLAS, CMS, LHCb, LHCf, MOEDAL en TOTEM. Meestal hebben we het alleen over de eerste vier. aan te zetten, de plaatsen waar de botsingen plaatsvinden en waar alle deeltjes die bij die botsingen ontstaan worden gemeten. Nadat de botsingen gestart waren vierden de technici en natuurkundigen, die afgelopen 27 maanden intensief betrokken waren geweest bij de grote onderhoudsbeurt van de LHC, een klein feestje, onder andere dr. Alessandro Cerri (Sussex), coördinator van de ATLAS detector.

Credit: CERN

De botsingsenergie van 13 TeV – 13 tera electronvolt, dat is 13 biljoen eV, oftewel 13 x 10^12 eV, dit even tussendoor – is een stijging van 60% t.o.v. de botsingsenergie van 8 TeV tijdens Run 1, de eerste run van de LHC, waarmee in 2012 het Higgs deeltje werd ontdekt. Tijdens Run 2 hoopt men diverse zaken helder te krijgen, zoals de eigenschappen van het Higgs boson (en eventuele verwante Higgs bosonen), de donkere materie en donkere energie en het bestaan van supersymmetrische deeltjes. Vanochtend gingen zes bundels door de 27 km lange buis van de LHC, ieder met pakweg 100 miljard protonen, die met bijna de lichtsnelheid gaan. De bedoeling is komende tijd dat aantal bundels te verhogen tot maar liefst 2808 en dat moet dan leiden tot 1 miljard botsingen per seconde, in één van de detectoren van de LHC. Voor wie alle tellertjes en metertjes van de LHC in de gaten wil houden: die kan je hier zien. Hieronder enkele videobeelden van de controlekamers vanmorgen bij CERN, toen de LHC van start ging voor Run 2.

Bron: Symmetry Magazine + Quantum Diaries + Francis Naukas + CERN.

References[+]

References
1 Dat zijn ALICE, ATLAS, CMS, LHCb, LHCf, MOEDAL en TOTEM. Meestal hebben we het alleen over de eerste vier.

Kan de LHC met z’n verhoogde energie mini-zwarte gaten produceren?

Credit: LHC/CERN

Op maandag 23 maart zullen voor het eerst na de ‘Long Shutdown’ (LS) van twee jaar weer protonen door de Large Hadron Collider (LHC) gaan, de 27 km lange deeltjesversneller van CERN bij Genéve. Het gaat in eerste instantie dan nog om wat testinjecties, maar het zal niet lang meer duren of het echte werk gaat beginnen en de LHC begint aan Run 2. Het Britse wetenschapstijdschrift Nature komt met een mooie en informatieve infografiek over LHC 2.0, welke je hierboven ziet. Dubbelklikken en dan krijg je de grote PDF versie te zien met alle details over ’s werelds grootste deeltjesversneller en over de experimenten die ze er gaan doen. Voornaamste doelen van de LHC 2.0: meer te weten komen over het in 2012 ontdekte Higgs deeltje en kijken of ze aanwijzingen kunnen vinden voor het bestaan van supersymmetrie, waarmee op haar beurt weer donkere materie kan worden begrepen, bijvoorbeeld in de vorm van het gluino. Bron: Francis Naukas.

Deeltjesfysicus Don Lincoln legt de vier grote LHC-experimenten uit

Credit: YouTube

In afwachting van de start van de lang verwachte run II van de Large Hadron Collider, waar op dit moment – as we speakal protonen doorheen stromen, legt de bekende deeltjesfysicus Don Lincoln (Fermilab) in een video uit hoe het nou zit met de vier grote detectoren die aan de LHC verbonden zijn en de experimenten die ze daar uitvoeren, ALICE, ATLAS, CMS en LHCb.

Bron: Jean Paul Keulen.