Bachelor research project (BONZ) in Subatomic Physics

André MischkeCoordinator BONZ @SAP

Email: a.mischke@uu.nl Room: BBL 7.17

Information Meeting – 15 January 2016

2

Elementary particles

Atom Electron:elementary, point-particle

Protons and neutrons: Composite particle ⇒ quarks

Electro-magnetic force binds electrons to nucleus in atom (Quantum-Electrodynamics)

Strong force binds nucleons in nucleus and quarks in nucleons (Quantum-Chromodynamics)

EvolutionoftheUniverse

New form of matter: the Quark-Gluon Plasma

Whatistheinteractionstrengthbetweenquarksandgluonsintheplasmaphase?

Particleaccelerator:collisionsofatomicnuclei

? Quark-Gluon Plasma

Big Bang

Atomic nuclei

Quark-Gluon Plasma:A new phase of matter

H2O

Pressure + Heat à Quark-Gluon

Plasma

Nuclear matter

Research Centre CERN near Genève

9km

100m

6

Size: 16 x 26 meters Weight: 10,000 tons

Technologies:Tracking Particle Identification Calorimeter Trigger Detection of charge particles; measurement of

momentum via curvature in a magnetic field

ALICEmeasuringapparatus

7

ALICE control room

8

Collision of protons at 13 TeV

Restart of the Large Hadron Collider on 3 juni 20151 eV = 1,6 10-19 Joule

9

Collision of lead ions at 5.1 TeV

“Run-2 data taking” from 2015-2018

10

11

Meten aan zware-ionenbotsingen

‘Hard probes’ Hoogenergetische deeltjes

hebben interacties met het plasma

‘Bulk’-productie Hete materie (Quark-Gluon Plasma)

Hadroniseert: T ~ 100-300 MeV

Bijv: Elliptic flow Raimond Snellings

‘Parton energy loss’ Jets: Marco van Leeuwen (Nikhef),

Heavy quarks: André Mischke, Alessandro Grelli

Detectorontwikkeling •Silicon pixel detector Paul Kuijer (Nikhef), Raimond Snellings, André Mischke •‘Forward Physics’ Thomas Peitzmann

12

Raimond Snellings

Marco van Leeuwen

Paul Kuijer Thomas Peitzmann

Alessandro Grelli André Mischke

Supervisors

13

Bacheloronderzoek SAP

• Data-analyse – Flow-metingen – Reconstructie van zware-quark deeltjes – Jet-reconstructie

• Modelleren van botsingsprocessen – Bijv. Hydrodynamica, gluonstraling in een quark-gluonplasma

• Detectorontwikkeling (testopstelling voor nieuwe detectoren) – Silicon pixel detector (verbeteren van reconstructie van zware-quark deeltjes)

– Forward calorimeter (fotonenmetingen)

Precieze onderwerp in overleg

NB: meeste onderwerpen computerintensief; voorkennis (op dit gebied) niet nodig; onderdeel van het onderzoek

14

Vaardigheden (Wat bieden wij?)• Data-analyse

– Programmeren – Numerieke methoden – Handling huge amount of data

• Detectorontwikkeling – Elektronica en material science – Medical imaging (samenwerking met UMC):

e.g., botstructuur en mammografie – HiSparc project (meten van kosmische straling)

• Skills – ALICE Collaboratie: Groote samenwerkingsverband – Teamwork – International omgeving

15

Thanks for your attention

Question?

Contact: André Mischke BBL 7.17 a.mischke@uu.nl

16

Backup

Het Standaard Model

Het standaard model is de basis van de moderne deeltjesfysica

wel nog open vragen:

bijv. massa van deeltjes: Higgs deeltjes

ook sterke wisselwerking (quarks en gluonen) heefd een aantal radsels

18

Confinement

String breaks, generate qq pair to reduce field energy

QCD strings: a simple picture of the strong interaction

Lattice QCD potential

Lattice QCD: solve equations of motion (of the fields) on a space-time lattice by MC

Bali, hep-lat/9311009

dV ∝

19

Strongly interacting matter

Bernard et al. hep-lat/0610017

Tc ~ 170 -190 MeV

Energy density ε from Lattice QCD

Deconfinement transition: sharp rise of energy density at Tc Increase in degrees of freedom: hadrons (3 pions) -> quarks+gluons (37)

εc ~ 1 GeV/fm3

4gT∝εg: degree of freedom

Nuclear matterQuark Gluon Plasma

20

After break for maintenance the LHC will deliver data again in 2015 at the highest collision energy ever reached

proton-proton collisions √s ≤ 14 TeV lead-lead collisions √sNN ≤ 5.5 TeV

Large Hadron Collider at CERN

8 Tesla bending field Two beams in one cryostat

Lac Leman

1954-2014

• You like big machines?

• You like Big Data?

• You want to know more about the secrets of the micro-cosmos?

• You like to work in a team?à Join us!

Research at SAP in short