ALICE en het Quark Gluon Plasma

Welkom bij ALICE

• Programma:– Presentatie over het ALICE experiment (~half uur)– Bezoek aan ALICE (in groepjes van 6) en aan de

expositie (~1.5 uur)– tot 16.45

• Neem je camera mee want foto’s maken mag

Even voorstellen…

• Bijna 3 jaar op CERN• Onderdeel van mijn promotieonderzoek bij

Nikhef en de Universiteit Utrecht• Vooropleiding: – HAVO, – HBO technische natuurkunde (Eindhoven), – Master Experimentele natuurkunde (Utrecht)

• Onderzoek: Flow analyse met de ALICE detector

• A Large Ion Collider Experiment– Begrijpen van de sterke kernkracht– Begrijpen van de materie bij het ontstaan van het

universum; de oerknal– Die toestand heet het Quark Gluon Plasma

Waarom ALICE?

10 –6 sec 10 –4 sec 3 min 15 Mil Jahre

5

4 grote LHC experimenten

ALICE: Materie in extreme omstandigheden

~ 1000 Onderzoekers~35 Landen~115 Instituten

Bouwstenen van materie

graviton foton W, Z gluon

Krachten

Deeltjes

Quarks zijn nooit vrij…g

g

gq

q

q

gg

gq

q

q

gg

gq

q

q

gg

gq

q

q

gg

gq

q

q

Proton: quarks en gluonen bewegen in het proton

Een quark uit het proton bevrijden lukt niet omdat er nieuwe quarks geproduceerd worden met de energie die we in het systeem stoppen.

Als we veel protonen samen persen in een klein volume bij hoge temperatuur kunnen de quarks (bijna) vrij bewegen binnen dit volume: het Quark-Gluon Plasma.

Meson: quark-anti quark

Interactie sterk op grote afstand

Hoe maken we een Quark Gluon Plasma?

• We hebben veel quarks en gluonen nodig bij een hoge temperatuur en dichtheid:– 50 maal de dichtheid in een neutronenster, 50 protonen in

een volume van 1 proton!– Temperatuur hoger dan 4 x 1012 K, 200 000 maal hoger dan

in het centrum van de zon– Extreme omstandigheden in een klein volume

• We kunnen deze toestand maken door atoomkernen te laten botsen bij een hoge energie in de LHC

• We gebruiken loodkernen omdat dit de meest zware stabiele atomen zijn

Een lood-loodbotsing

Een lood-lood botsing

Sporen in de ALICE detector

• In een botsing tussen protonen worden ca 10 deeltjes geproduceerd, in een botsing tussen lood kernen ca 3000 deeltjes

• Van elk deeltje moeten we de massa en impuls (snelheid) meten.

Hoe “zie” je het QGP?

• Theoretische voorspellingen– Meer strange quarks– Minder J/psi deeltjes (charm quark en anti-quark)– Energie verlies van deeltjes met veel energie als ze

door het QGP heen gaan – Collectief gedrag van alle deeltjes die ontstaan in

de botsing: flow• Deze signalen worden in ALICE bestudeerd

Collectief gedrag - FlowEen loodkern is groot (6 fm, 208 nucleonen)De botsingen variëren van centraal (frontaal) tot perifeer (schampend) zodat het volume en de vorm van het gebied waar het QGP gevormd wordt varieert

Drukgradiënt als functie van de plaats verschillend in de verschillende richtingen.

De grotere drukgradiënt geeft deeltjes een hogere snelheid!

Gemeten verschil tussen aantal deeltjes in de twee richtingen.

Energieverlies

Snelle quarks/gluonen geproduceerd in botsingen tussen de quarks en gluonen in de kernen moeten soms door het QGP vliegen waardoor ze energie verliezen

RAA is de ratio van de hoeveelheid deeltjes in lood-lood botsingen vergeleken met proton-proton botsingen

Jet Quenching

192 GeV168 GeV

perifeer

DhDf bin size: 0.1x0.1

47 GeV

102 GeV

centraal

DhDf

Een bosing waar de loodkernen elkaar net raken, de jets ontsnappen makkelijk aan beide zijden

Een botsing waar de kernen overlappen, de deeltjes verliezen veel energie!

16

De ALICE detector16 x 16 x 26 m3 10.000 ton

Hoe vinden we de eigenschappen van deeltjes?

• Reconstrueer de sporen van de deeltjes die ze in de detector achterlaten

• Geladen deeltjes worden afgebogen in een magneetveld en aan de straal kunnen we de impuls en lading meten: p = qrB

Een lood-loodbotsing in ALICE

1915/2/2006 LHCC Status Report J. Schukraft

Deeltjesidentificatie in ALICE

ITS

velocity v/c

TOFProtons

Kaons

Pions

all plots:preliminary calibration & alignment !

TPC

Lood botsingen in de LHC

• 1 maand per jaar botst de LHC loodkernen op elkaar en ALICE registreerd die botsingen

• ALICE bestudeerd ook de proton-proton botsingen van de LHC als vergelijkingsmateriaal

• In 2010 hebben de eerste lood botsingen plaatsgevonden en in 2011, net voor de kerst, de tweede en iedereen is hard aan het werk om deze te bestuderen.

21

Dit gaan we zo bekijken...