Zukunft der Teilchenphysik - Institut für Experimentelle Kernphysik
Zukunft der Teilchenphysik - Institut für Experimentelle Kernphysik
Zukunft der Teilchenphysik - Institut für Experimentelle Kernphysik
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Die <strong>Zukunft</strong> <strong>der</strong> <strong>Teilchenphysik</strong><br />
Ziele und technologische<br />
Herausfor<strong>der</strong>ungen<br />
Prof. Dr. Michael Feindt<br />
Prof. Dr. Günter Quast<br />
<strong>Institut</strong> für <strong>Experimentelle</strong> <strong>Kernphysik</strong><br />
Universität Karlsruhe<br />
1
Die <strong>Zukunft</strong> <strong>der</strong> <strong>Teilchenphysik</strong><br />
Ziele und technologische<br />
Herausfor<strong>der</strong>ungen<br />
Prof. Dr. Michael Feindt<br />
Prof. Dr. Günter Quast<br />
<strong>Institut</strong> für <strong>Experimentelle</strong> <strong>Kernphysik</strong><br />
Universität Karlsruhe<br />
2
Elementarteilchenphysik<br />
beschäftigt sich mit den kleinsten<br />
Strukturen im Universum<br />
Die Welt<br />
im Kleinen<br />
Rosen<br />
10<br />
0<br />
0,001<br />
m<br />
1 m<br />
km<br />
3
Die Welt<br />
im Kleinen<br />
Rosen<br />
4<br />
10<br />
0<br />
0,001<br />
m<br />
1 m<br />
km
Die Welt<br />
im Kleinen<br />
Rosenblatt<br />
5<br />
10<br />
-1<br />
m<br />
1dm<br />
0.1m
Die Welt<br />
im Kleinen<br />
Fliege<br />
6<br />
10<br />
-2<br />
m<br />
1cm<br />
0. 01m
Die Welt<br />
im Kleinen<br />
Fliegenauge<br />
7<br />
10<br />
-3<br />
m<br />
1 mm<br />
0. 001m
Die Welt<br />
im Kleinen<br />
Fliegenauge<br />
8<br />
10<br />
-4 m<br />
100 µ m<br />
0. 000 1 m
Die Welt<br />
im Kleinen<br />
Detail im<br />
Fliegenauge<br />
9<br />
0.<br />
10<br />
-5 m<br />
10 µ m<br />
000 01m
Die Welt<br />
im Kleinen<br />
Elektronen-<br />
mikroskop-<br />
Aufnahme<br />
10<br />
-6 m<br />
1 µ m<br />
10<br />
0. 000 001m
Die Welt<br />
im Kleinen<br />
Elektronen-<br />
mikroskop-<br />
Aufnahme<br />
0.<br />
10<br />
-7<br />
m<br />
100 nm<br />
11<br />
000 0001m
Die Welt<br />
im Kleinen<br />
DNS-Molekül<br />
0.<br />
10<br />
-8<br />
m<br />
10 nm<br />
12<br />
000 000 01 m
Die Welt<br />
im Kleinen<br />
Molekül<br />
0.<br />
10<br />
-9<br />
m<br />
1 nm<br />
13<br />
000 000 001m
Die Welt<br />
im Kleinen<br />
Atome<br />
bestehen aus<br />
Kern und<br />
Elektronenhülle<br />
0.<br />
10<br />
-10<br />
m<br />
0.1nm<br />
14<br />
000 000 000<br />
1 m
Die Welt<br />
im Kleinen<br />
Atome sind<br />
fast leer,<br />
<strong>der</strong> Kern<br />
ist sehr klein<br />
0.<br />
10<br />
-11<br />
m<br />
10 pm<br />
15<br />
000 000 000 01 m
Die Welt<br />
im Kleinen<br />
Atome sind<br />
fast leer,<br />
<strong>der</strong> Kern<br />
ist sehr klein<br />
0.<br />
10<br />
-12<br />
m<br />
1pm<br />
16<br />
000 000 000 001 m
Die Welt<br />
im Kleinen<br />
Radius des<br />
Kerns nur<br />
ca. 1/10.000<br />
<strong>der</strong> innersten<br />
Elektronenbahn<br />
0.<br />
10<br />
-13<br />
m<br />
100 fm<br />
17<br />
000 000 000 0001m
Die Welt<br />
im Kleinen<br />
Atomkerne<br />
bestehen aus<br />
Protonen und<br />
Neutronen<br />
0.<br />
10<br />
-14<br />
m<br />
10 fm<br />
18<br />
000 000 000 000 01m
Die Welt<br />
im Kleinen<br />
Proton/Neutron<br />
bestehen<br />
aus Quarks<br />
0.<br />
10<br />
-15<br />
1 fm<br />
m<br />
19<br />
000 000 000 000 001m
Die Welt<br />
im Kleinen<br />
Punktförmige<br />
Quarks und<br />
Leptonen<br />
0.<br />
10<br />
-16<br />
m<br />
0.1fm<br />
20<br />
000 000 000 000 0001m
Die Welt<br />
im Kleinen<br />
Punktförmige<br />
Quarks und<br />
Leptonen<br />
0.<br />
10<br />
-17<br />
m<br />
0.01fm<br />
21<br />
000 000 000 000 000 01m
Die Welt<br />
im Kleinen<br />
Punktförmige<br />
Quarks und<br />
Leptonen<br />
0.<br />
10<br />
-18<br />
m<br />
0.001fm<br />
22<br />
000 000 000 000 000 001m
Die Welt<br />
im Kleinen<br />
?<br />
Quarks und<br />
Leptonen<br />
wirklich<br />
gar keine<br />
Ausdehnung?<br />
0.<br />
10<br />
-19<br />
m<br />
0.000 1fm<br />
23<br />
000 000 000 000 000 0001m
<strong>Teilchenphysik</strong> und Kosmologie<br />
Verständnis <strong>der</strong> Elementarteilchenphysik<br />
ist entscheidend für das<br />
Verständnis des sehr frühen Universums.<br />
Je höher die Energie, desto näher kommen<br />
wir an den Urknall heran.<br />
Jetzt sind wir bei ca. 0 , 000 000 000 001 Sekunden.<br />
24
Urknall<br />
25
Der Stand <strong>der</strong> Dinge<br />
Heutiger Stand<br />
1<br />
Einfaches „Baukastenprinzip“<br />
zum Aufbau <strong>der</strong><br />
bekannten Materie<br />
Günter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 <strong>Institut</strong> für experimentelle <strong>Kernphysik</strong><br />
26
Heutiger Stand<br />
Einfaches „Baukastenprinzip“<br />
zum Aufbau <strong>der</strong><br />
bekannten Materie<br />
27
Heutiger Stand (2)<br />
Einheitliches Prinzip zur<br />
Beschreibung von „Kräften“:<br />
Austauschteilchen<br />
Nur vier Grundkräfte<br />
Gravitation entzieht sich <strong>der</strong><br />
einheitlichen Beschreibung !<br />
28
Gegenwart und nahe <strong>Zukunft</strong>:<br />
Nahe Vergangenheit:<br />
LEP: e+e- Colli<strong>der</strong> bei hohen Energien (90-200 GeV)<br />
Gegenwart und nahe <strong>Zukunft</strong>:<br />
HERA: Elektron-Proton-Colli<strong>der</strong> zur Erforschung <strong>der</strong><br />
Struktur des Protons<br />
B-Fabriken: asymmetrische Nie<strong>der</strong>energie e+e- Colli<strong>der</strong>) (10 GeV)<br />
Tevatron: Proton-Antiproton-Colli<strong>der</strong> bei höchsten Energien<br />
(2000 GeV)<br />
Fernere <strong>Zukunft</strong>:<br />
Large Hadron Colli<strong>der</strong> LHC (ab 2007)<br />
Elektronen-Linearbeschleuniger<br />
29
Elektron-Positron<br />
Positron-Kollisionen<br />
Symmetrische Kollisionen<br />
bei hohen<br />
Energien (z.B. LEP).<br />
Sehr saubere Ereignisse,<br />
weil Elektronen<br />
punktförmig sind.<br />
Cornell<br />
Fermilab<br />
DESY<br />
KEK<br />
Messungen bei LEP haben<br />
das Standardmodell mit sehr<br />
hoher Präzision bestätigt.<br />
SLAC<br />
CERN<br />
30
Der LEP - Speicherring am CERN<br />
31
Das CERN in Genf:<br />
gegründet 1957<br />
ca. 3000 Angestellte (davon 4 Nobelpreisträger) und 6000 Gäste<br />
(incl. Nobelpreisträger) aus 500 <strong>Institut</strong>en <strong>der</strong> ganzen Welt<br />
Jahresbudget ca. 1.000.000.000 CHF<br />
(Je<strong>der</strong> deutsche Bürger: ca. 2 Euro / Jahr)<br />
Stromverbrauch ca. 1.000.000 MWh/ Jahr<br />
LEP: 7 Jahre Bau und 12 Jahre Operation ( 1989 - 2001 )<br />
<strong>Zukunft</strong>sprojekt LHC im LEP Tunnel, Betrieb ab ca. 2007<br />
32
Blick in den Tunnel:<br />
27 km<br />
Magnete und<br />
Beschleunigungsstrecken<br />
Im Strahlrohr:<br />
Vakuum besser als im interstellaren Raum<br />
33
Supraleitung:<br />
extreme Kühlung notwendig:<br />
nur knapp über dem absoluten Nullpunkt<br />
(kälter als die kosmische Hintergrundstrahlung)<br />
Supraleitende<br />
Beschleunigungsstrecke<br />
für LEP II<br />
34
Zugang zum DELPHI-Experiment<br />
35
100 Meter tiefer: DELPHI<br />
36
DELPHI Endplatte<br />
37
OPAL Experiment am LEP<br />
39
Offene Fragen<br />
Offene Fragen zu Beginn des 3 Jahrtausends:<br />
1<br />
• Ursprung <strong>der</strong> Massen <strong>der</strong> Elementarteilchen ?<br />
• Vereinigung aller fundamentalen Kräfte<br />
?<br />
in einer<br />
Universalwechselwirkung ?<br />
?<br />
• Unbekannte Formen von<br />
?<br />
Materie ?<br />
z.B. supersymmetrische Materie<br />
„dunkle Materie“<br />
• Natur <strong>der</strong> „dunklen Energie“ ?<br />
• Verborgene räumliche Dimensionen ?<br />
Günter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 <strong>Institut</strong> für experimentelle <strong>Kernphysik</strong><br />
?<br />
40
Offene Fragen zu Beginn des 3 Jahrtausends:<br />
• Ursprung <strong>der</strong> Massen <strong>der</strong> Elementarteilchen ?<br />
• Vereinigung aller fundamentalen Kräfte in einer<br />
Universalwechselwirkung ?<br />
• Unbekannte Formen von Materie ?<br />
z.B. supersymmetrische Materie<br />
„dunkle Materie“<br />
• Natur <strong>der</strong> „dunklen Energie“ ?<br />
• Verborgene räumliche Dimensionen ?<br />
Günter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 <strong>Institut</strong> für experimentelle <strong>Kernphysik</strong>
Higgs-Mechanismus zur Massenerzeugung ?<br />
Party-Gäste im<br />
„Grundzustand“<br />
Higgs-Feld<br />
(Ge-)Wichtige Persönlichkeit<br />
betritt den Raum<br />
Wechselwirkung<br />
mit dem „Higgs-Feld“<br />
=>> Masse<br />
Günter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 <strong>Institut</strong> für experimentelle <strong>Kernphysik</strong>
Higgs-Mechanismus (2)<br />
Ein Gerücht breitet sich im Raum aus<br />
„Higgs“ wechselwirkt mit sich selbst !<br />
Higgs hat selbst Masse !<br />
Günter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 <strong>Institut</strong> für experimentelle <strong>Kernphysik</strong>
Vereinheitlichung <strong>der</strong> Kräfte<br />
Bei kleinen Abständen<br />
werden die Kräfte immer<br />
ähnlicher.<br />
Gibt es ein<br />
„supersymmetrische“ Spiegelwelt ?<br />
Günter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 <strong>Institut</strong> für experimentelle <strong>Kernphysik</strong>
Dunkle Materie & Dunkle Energie<br />
eueste Astrophysikalische Beobachtungen:<br />
70 % <strong>der</strong> Energiedichte des Universums sind „dunkle Energie“<br />
nur 4% <strong>der</strong> Energiedichte von uns bekannter Materie<br />
Rest ist „Dunkle Materie“<br />
Was ist die Natur <strong>der</strong> „Dunklen Energie“ ?<br />
Was ist die „Dunkle Materie“ ?<br />
Günter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 <strong>Institut</strong> für experimentelle <strong>Kernphysik</strong>
Proton-Antiproton<br />
Antiproton-Kollisionen<br />
Mit Protonen sind höhere Energien als mit Elektronen erreichbar<br />
(LEP II: 200 GeV ==> Tevatron: 2000 GeV, LHC 14000 GeV)<br />
Preis für hohe Energie:<br />
(weil Protonen zusammengesetzte Objekte sind):<br />
--- Ereignisse sind viel komplizierter (mehr Spuren)<br />
--- meist steht nur kleiner Teil <strong>der</strong> Energie für interessante Physik<br />
zur Verfügung<br />
Protonenbeschleuniger sind hauptsächlich ,,Entdeckungsmaschinen“,<br />
Elektronenbeschleuniger ,,Präzisionsmessungsmaschinen‘‘.<br />
41
Der pp-Colli<strong>der</strong> Tevatron<br />
Fermi National Accelerator Laboratory<br />
in in Batavia nahe Chicago<br />
Weltrekord in Energie:<br />
2 TeV = 2000 GeV<br />
Fixed-Target<br />
Experimente<br />
CDF<br />
D0<br />
Fermilab<br />
Cornell<br />
DESY<br />
KEK<br />
Hauptgebäude<br />
Main Ring<br />
und Tevatron<br />
SLAC<br />
CERN<br />
Neuer Main<br />
Injector<br />
•Top-Quark-Physik<br />
•b-Quark-Physik<br />
•Starke WW<br />
•Suche nach neuen<br />
Phänomenen<br />
42
Das CDF- Experiment<br />
>460 Wissenschaftler<br />
47 <strong>Institut</strong>e<br />
9 Län<strong>der</strong><br />
43
Spin-Offs<br />
die ,,Teflon-Pfannen‘‘ <strong>der</strong> <strong>Teilchenphysik</strong><br />
...<br />
...<br />
Hadronen-Therapie für ansonsten unbehandelbare Tumore<br />
Das World Wide Web<br />
Grid-Computing<br />
NeuroBayes - Neuronale Bayes‘sche Statistik für die Wirtschaft<br />
...<br />
...<br />
44
Hadronen-Therapie<br />
Entwicklung vom CERN<br />
initiiert<br />
(Prof. Ugo Amaldi)<br />
Übliche Strahlentherapie<br />
zerstört nicht nur den Tumor,<br />
son<strong>der</strong>n auch das Gewebe<br />
davor und dahinter.<br />
Hadronen-Strahlung kann<br />
auch in <strong>der</strong> Tiefe sehr genau<br />
lokalisiert werden.<br />
45
Das World Wide Web<br />
Entwicklung am<br />
CERN (http-Protokoll)<br />
Technisches Problem:<br />
Kommunikation in großen<br />
internationalen<br />
Kollaborationen<br />
Innerhalb von 10 Jahren:<br />
Weltweiter Siegeszug.<br />
Heute fast in jedem<br />
Haushalt vorhanden<br />
46
Das Internet<br />
47
Das Internet<br />
48
Das Internet<br />
49
Das Internet<br />
50
Das Internet<br />
51
Das Internet<br />
52
Das Internet<br />
53
Datenanalyse und statistische Methoden<br />
Optimiert durch weltweiten Wettbewerb,<br />
aus den begrenzten und teuren Daten<br />
möglichst viele neue physikalische Erkenntnisse<br />
zu extrahieren.<br />
54
Neuronale Netzwerke<br />
Neuronale Netzwerke:<br />
Selbstlernende Computerverfahren, <strong>der</strong> Natur nachempfunden<br />
Frontal Lobe<br />
Motor Cortex<br />
Parietal<br />
Cortex<br />
Temporal Lobe<br />
Brain Stem<br />
Occipital<br />
Lobe<br />
Cerebellum<br />
55
NeuroBayes<br />
Die Information<br />
(das Wissen, die Expertise)<br />
steckt in den Verbindungen<br />
zwischen den Nervenzellen<br />
Komplexe selbstlernende<br />
Expertensysteme.<br />
Können aufgrund von<br />
historischen o<strong>der</strong> simulierten<br />
Daten Wahrscheinlichkeiten<br />
für <strong>Zukunft</strong>sprognosen<br />
56
Erfolg<br />
Diese ,,künstliche Intelligenz“ kann viele komplizierte<br />
Zusammenhänge besser erkennen als z.B. ihre Autoren<br />
selbst. Wenn sie erstmal gefunden sind, sind sie oft auch<br />
für den Menschen verständlich und nachvollziehbar.<br />
Sehr erfolgreiche Anwendungen in <strong>der</strong> Physik.<br />
Viele Millionen gespart.<br />
Viele Analysen erst ermöglicht.<br />
57
Erkenntnis<br />
Diese Methoden sind nicht<br />
nur in <strong>der</strong> Physik<br />
anwendbar<br />
58
Anwendungen von NeuroBayes in <strong>der</strong><br />
Wirtschaft<br />
> Industrielle Forschung<br />
z.B. Qualitätsklassifizierung, Fertigungskontrolle<br />
> Medizin- und Pharma-Forschung<br />
z.B. Wirkungen, Nebenwirkungen, Wechselwirkungen<br />
von Medikamenten<br />
> Banken<br />
z.B. Kredit-Scoring (Basel II), Bewertung von Derivaten<br />
> Versicherungen<br />
z.B. Risikovorhersage, Kündigungswahrscheinlichkeit<br />
Voraussetzung:<br />
es müssen (historische o<strong>der</strong> simulierte) Daten vorhanden sein.<br />
59
Ausgründung aus <strong>der</strong> Universität Karlsruhe<br />
( -seed Programm des BMBF):<br />
Technologietransfer<br />
Anwendungen von NeuroBayes<br />
in <strong>der</strong> Wirtschaft<br />
IT-Portal Karlsruhe<br />
Haid- und Neustraße<br />
60
Die <strong>Zukunft</strong> <strong>der</strong> <strong>Teilchenphysik</strong><br />
Die großen <strong>Zukunft</strong>sprojekte:<br />
Der Large Hadron Colli<strong>der</strong><br />
LHC<br />
und ein<br />
Elektron-Positron-<br />
Linearbeschleuniger<br />
Günter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 <strong>Institut</strong> für experimentelle <strong>Kernphysik</strong><br />
61
Die großen <strong>Zukunft</strong>sprojekte:<br />
Der Large Hadron Colli<strong>der</strong><br />
LHC<br />
und ein<br />
Elektron-Positron-<br />
Linearbeschleuniger<br />
Günter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 <strong>Institut</strong> für experimentelle <strong>Kernphysik</strong>
Neue Beschleuniger zur Beantwortung <strong>der</strong> offenen Fragen:<br />
. Large Hadron Colli<strong>der</strong> (LHC)<br />
am CERN (ab 2007)<br />
die „Entdeckungsmaschine“<br />
. Elektron-Positron-<br />
Linearbeschleuniger<br />
die „Präzisionsmaschine“<br />
Bis dahin:<br />
- Tevatron am FNAL<br />
- Hera II am DESY<br />
- B-Fabriken am SLAC und bei KEK<br />
- Neutrino-Strahlen am KEK, Fermilab u. CERN im Bau<br />
- einige kleinere Beschleunigeranlagen<br />
für spezielle Fragestellungen<br />
Günter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 <strong>Institut</strong> für experimentelle <strong>Kernphysik</strong>
Der Large Hadron Colli<strong>der</strong> (LHC)<br />
• Proton-Proton-Beschleuniger im LEP-<br />
Tunnel am CERN<br />
• 14 TeV pro Kollision, d.h Bedingungen wie<br />
zu Zeiten10 -13 -10 -14 s nach dem Urknall<br />
Vier geplante Experimente:<br />
• ATLAS (pp-Physik)<br />
• ALICE (Pb-Pb-Kollisionen)<br />
• CMS (pp-Physik)<br />
• LHC-B (Physik <strong>der</strong> b-Quarks)<br />
Günter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 <strong>Institut</strong> für experimentelle <strong>Kernphysik</strong>
LHC – Parameter<br />
• 2835×2835 Proton-Proton-Pakete („bunches“)<br />
• 10 11 Protonen/Paket<br />
• Proton-Energie: 7 TeV<br />
• Kreuzungsrate <strong>der</strong> p-Pakete: 40 Mhz<br />
• bis zu 10 9 pp-Stöße/sec<br />
• Luminosität:<br />
10 34 cm -2 s -1 Design,<br />
0.2×10 34 cm -2 s -1 anfänglich<br />
• 23 Ereignisse im Detektor überlagert<br />
~1600 geladene Teilchen im Detektor<br />
Hohe Teilchendichten<br />
sind eine Herausfor<strong>der</strong>ung für die Detektoren<br />
Günter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 <strong>Institut</strong> für experimentelle <strong>Kernphysik</strong>
Wichtige Komponenten des Beschleunigers<br />
• Supraleitende Magnete halten die Protonen<br />
auf <strong>der</strong> Kreisbahn<br />
größte Herausfor<strong>der</strong>ung:<br />
Magnetfeld von 9 Tesla<br />
insgesamt 1300 Stück, 15 m lang<br />
Betrieb bei einer Temperatur von 1.9 K<br />
• 8 Supraleitende Beschleunigungsstrukturen<br />
Beschleunigungsfeld von 5 MV/m<br />
Tests einer vollen LHC-Zelle erfolgreich<br />
durchgeführt !<br />
LHC als größte supraleitende Anlage ist Herausfor<strong>der</strong>ung für die Kryo-Technik !<br />
Günter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 <strong>Institut</strong> für experimentelle <strong>Kernphysik</strong>
• Kühlung:<br />
LHC – erstaunliche Zahlen<br />
12 Millionen Liter flüssigen Stickstoff<br />
um 31 000 Tonnen Material abzukühlen<br />
700 000 Liter flüssiges Helium zum Kühlen<br />
• Gesamtenergie in Protonenstrahlen ...<br />
E = 2 * 7 TeV * 2835 * 1,1 *10 11 = 4,3659 * 10 15 TeV = 7 * 10 8 J<br />
(40 t mit v = 187 m/s = 673 km/h)<br />
... Bewegungsenergie eines Lastwagens mit <strong>der</strong> Geschwindigkeit<br />
eines Jumbo-Jets!<br />
Günter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 <strong>Institut</strong> für experimentelle <strong>Kernphysik</strong>
pp-Kollision bei LHC<br />
Proton<br />
Proton<br />
Günter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 <strong>Institut</strong> für experimentelle <strong>Kernphysik</strong>
Zwiebelschalenstruktur eines Detektors<br />
Günter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 <strong>Institut</strong> für experimentelle <strong>Kernphysik</strong>
Teilchenspuren im Detektor<br />
Selektive Rekonstruktion<br />
Manchmal gibt es ein<br />
paar interessante ...<br />
z.B. Higgs: eines in<br />
10 11 Kollisionen<br />
Tausende von<br />
Teilchenspuren<br />
in jedem Ereignis<br />
Interessante Physik“ passiert sehr selten,<br />
Analyse bedeutet „Suche nach <strong>der</strong> Nadel im Heuhaufen“!<br />
Herausfor<strong>der</strong>ung für Detektorbau, Experimentiertechnik und Datenanalyse !<br />
Günter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 <strong>Institut</strong> für experimentelle <strong>Kernphysik</strong>
Ereignis- und Daten-Raten bei LHC<br />
• Detektoren haben einige 10 7 Kanäle<br />
• LHC Kollisionsrate: 40 MHz<br />
• 10-12 bit/Kanal<br />
~1000 Tbyte/s Rohdatenrate !<br />
Level 1 - Hardware<br />
Level 2 – Online Farm<br />
40 MHz (1000 TB/sec) TB/sec) äquivalent<br />
Khz (75 GB/sec G<br />
75 Khz<br />
(Wenn 6 Milliarden Menschen gleichzeitig<br />
telefonieren, sind das (nur) 50 TB/sec )<br />
B/sec komplett komplett digitalisiert)<br />
Khz (5 GB/sec) GB/sec)<br />
5 Khz<br />
Level 3 – Online Farm<br />
• Nullunterdrückung und „Trigger“<br />
reduzieren Datenrate auf<br />
„nur“ (einige) 100 Mbyte/s<br />
100 Hz (100 MB/sec MB/sec<br />
Dieser Datenstrom muss<br />
weltweit verteilt werden !<br />
Günter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 <strong>Institut</strong> für experimentelle <strong>Kernphysik</strong>
<strong>Teilchenphysik</strong> ist international<br />
267 <strong>Institut</strong>e in Europa, 4600 Benutzer<br />
208 <strong>Institut</strong>e an<strong>der</strong>swo, 1600Benutzer<br />
Karlsruhe<br />
Günter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 <strong>Institut</strong> für experimentelle <strong>Kernphysik</strong>
as „World-Wide-Grid“ zur Analyse <strong>der</strong> LHC-Daten (Bsp. CMS)<br />
Datenanalyse auf einem<br />
virtuellen Supercomputer ...<br />
Günter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 <strong>Institut</strong> für experimentelle <strong>Kernphysik</strong>
Der CMS-Detektor<br />
E<br />
Einiges ist bereits Realität ...<br />
Günter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 <strong>Institut</strong> für experimentelle <strong>Kernphysik</strong>
Bsp.: Die Suche nach dem Higgs mit CMS<br />
•H → γγ<br />
•H → Z Z → 4µ<br />
H<br />
nach 1 Jahr LHC (Diplomarbeit J.Weng)<br />
Higgs-Suche im ersten Jahr von LHC ist<br />
„Statistik kleiner Zahlen“<br />
Wenn das Higgs existiert, wird es am LHC gefunden werden !<br />
Günter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 <strong>Institut</strong> für experimentelle <strong>Kernphysik</strong>
Elektron-Positron Linearbeschleuniger<br />
TESLA (in Hamburg?)<br />
Alternative Strategie:<br />
Präzisionsmessungen<br />
statt<br />
höchstmöglicher Energie<br />
e + e - Colli<strong>der</strong> ideal für<br />
genaueste Messungen:<br />
• Punktförmige Teilchen<br />
• Nur elektroschwache<br />
Wechselwirkung im<br />
Anfangszustand<br />
• Schwerpunktsenergie<br />
genau einstellbar<br />
• Vollständige Ereignisrekonstruktion<br />
Günter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 <strong>Institut</strong> für experimentelle <strong>Kernphysik</strong>
Ziele eines LinearColli<strong>der</strong>s<br />
• Blick in den 1-10 TeV-Bereich und zu den höchsten Energien:<br />
• * Vereinigung <strong>der</strong> Kräfte<br />
• * Gravitation<br />
• Energie: mindestens 2×M top<br />
bis 400 GeV, ausbaubar bis 1000 GeV<br />
• Luminosität: Reaktionsraten typisch 1/E cm<br />
2<br />
=> benötigt tausendfache LEP-Luminosität!<br />
• Variable Schwerpunktsenergie<br />
Das Tesla-Konzept:<br />
supraleiten<strong>der</strong> Linearbeschleuniger<br />
Gesamtlänge entspricht <strong>der</strong><br />
des LEP-Tunnels<br />
Günter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 <strong>Institut</strong> für experimentelle <strong>Kernphysik</strong>
Physikpotenzial<br />
Auch wenn ein Higgs am LHC<br />
gefunden wird, bleiben Fragen:<br />
• Ist es das SM-Higgs ?<br />
• Ist es verantwortlich für Masse?<br />
• Ist spontante Symmetriebrechung<br />
die Ursache ?<br />
Messung <strong>der</strong> Higgs-Kopplungen an<br />
alle Teilchen und an sich selbst !<br />
Präzise Spektroskopie aller<br />
SuSy-Teilchen bis 1TeV Masse<br />
Higgs- Ereignis im Linear-Colli<strong>der</strong>-Detector<br />
Energieabhängigkeit <strong>der</strong> Kopplungskonstanten:<br />
<strong>der</strong> Weg zur<br />
Großen Vereinheitlichung<br />
Effekte von Quantengravitation, d.h.<br />
Graviton-Abstrahlung, wenn es<br />
große extra Raumdimensionen gibt<br />
Günter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 <strong>Institut</strong> für experimentelle <strong>Kernphysik</strong>
Zur Lektüre empfohlen:<br />
Broschüre<br />
<strong>der</strong> deutschen <strong>Teilchenphysik</strong>er<br />
zu Stand und <strong>Zukunft</strong> des Gebiets<br />
Nov. 2002<br />
http://www.dpg-fachgremien.de/t/ket/ketStudie/ketStudie.html<br />
Günter Quast Karlsruhe, 5. Juli 2003 <strong>Institut</strong> für experimentelle <strong>Kernphysik</strong>
<strong>Teilchenphysik</strong>-Experimente in Space<br />
AMS-Experiment auf Internationaler Raumstation<br />
ISS: (Start 2005)<br />
Suche nach<br />
Antimaterie<br />
im Weltraum<br />
Suche nach<br />
Supersymmetrie<br />
62
Ausblick<br />
> Stay tuned...<br />
Antworten auf spannende Fragen:<br />
Gibt es das Higgs-Teilchen wirklich?<br />
Geht dunkle Materie zuerst den Astrophysikern o<strong>der</strong> uns ins Netz?<br />
Gibt es eine supersymmetrische Spiegelwelt?<br />
Gibt es noch weitere Raumdimensionen?<br />
...<br />
Riesige technologische Herausfor<strong>der</strong>ungen stehen vor uns!<br />
Mit Mut und Optimismus und gutem und engagiertem Nachwuchs<br />
können wir es schaffen!<br />
63
The End<br />
(?)<br />
64
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