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CERN… das Labor … die Beschleuniger … die Experimente … die
Physik …
Dr. Sascha Marc SchmelingCERN PH
European Organization for Nuclear Research
Über 50 Jahre Grundlagenforschung in Physik
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Dr. Sascha Marc Schmeling • CERN 2
Eine Einführung
– die Organisation “CERN”– das Labor des CERN– Hochenergiephysik– Beschleunigeranlagen
– LHC First Light and Last Beam 2008
– Experimente– Spin-Offs
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Dr. Sascha Marc Schmeling • CERN 3
1949Erste Ansätze ziviler Forschung im Bereich der Nukleartechnik
1952Gründung des CConseil EEuropéen pour la RRecherche NNucléaireunter der Obhut der UNESCO
Oktober 1952Standortauswahl für Genf
1. Juli 1953Unterzeichnung der CERN Charta
29. September 1954Abschluß des Ratifikationsprozesses in den ursprünglichen zwölf Mitgliedsstaaten
Belgien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Griechenland, Großbritannien, Italien,
Jugoslawien, Niederlande, Norwegen, Schweden, Schweiz
Geschichte
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Dr. Sascha Marc Schmeling • CERN 4
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Dr. Sascha Marc Schmeling • CERN 5
CERN – Das Laboratorium
insgesamt• 19 Teil-Standorte
– 195 ha– 25 km Straßen– 750 Grünflächen– 574 Gebäude
• 379000 m² Gebäudefläche
• 556000 m² Grundfläche
• 498000 m² Nutzfläche– 23 Zugangsschächte– 251 unterirdische
Bereiche• 1701 verschiedene
Nutzungen
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Dr. Sascha Marc Schmeling • CERN 6
CERN Organisation
CERN RatCERN Rat
CERNCERNFCFC
CERNCERNSPCSPC
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Dr. Sascha Marc Schmeling • CERN 7
CERN User 2008
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Dr. Sascha Marc Schmeling • CERN 8
HochEnergiePhysik
Auf der Suche nach dem,“Was die Welt im Innersten zusammenhält”
Suche nach– elementaren Teilchen– Kräften– Symmetrien
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Dr. Sascha Marc Schmeling • CERN 10
Geschichte des Universums
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Dr. Sascha Marc Schmeling • CERN 11
Standardmodell
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Higgs
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Dr. Sascha Marc Schmeling • CERN 13
Methoden der Hochenergiephysik
Erreichen hoher Energien mit Beschleunigern:
– natürliche Beschleuniger• Astroteilchenphysik
– künstliche Beschleuniger• Teilchenphysik
Untersuchung der Wechselwirkungen von Materie und Antimaterie mit Detektoren
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Dr. Sascha Marc Schmeling • CERN 14
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Dr. Sascha Marc Schmeling • CERN 15
Beschleuniger bei CERN
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Dr. Sascha Marc Schmeling • CERN 16
LHCLHCVon der Idee zum Beschleuniger
1982 : Erste Projektstudien1983 : Z0-Ereignis am SppS 1985 : Nobelpreis für S. van der Meer und C. Rubbia 1989 : Beginn des LEP-Betriebs (Z Factory)1994 : Zustimmung zum LHC durch das Council1996 : Endgültige Entscheidung zum Baubeginn1996 : LEP Betrieb bei 100 GeV (W Factory)2000 : Ende des LEP Betriebs2002 : Abschluß des LEP Abbaus2003 : Beginn der LHC Installation2005 : Beginn der LHC Tests2008 : Erste Betriebsaufnahme LHC2009 : Physik!2009 : Physik!
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Dr. Sascha Marc Schmeling • CERN 17
LHC Tunnel
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Dr. Sascha Marc Schmeling • CERN 18
+- 3 ~1.3 mm
Beam +/- 3 sigma
56.0 mm
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Dr. Sascha Marc Schmeling • CERN 19
Herausforderung: Strahlenergie
R.Assmann Teilchenimpuls [GeV/c]
Stra
hlen
ergi
e [M
J]
x 200
x 10000
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Dr. Sascha Marc Schmeling • CERN 20
Strahlenergie
Strahlenergie = Energie eines Protons im Strahl × Anzahl der Protonen pro Wolke × Anzahl der Wolken pro Strahl
Energie eines Protons: 7 TeV
Protonen pro Wolke: 1,05 1011
Wolken pro Strahl: 2808
Strahlenergie: 346 MJ
25 ns
particle free abort gapof 3 s
Kicker magnets constant angle
Beam dump block
Time
Kicker strength
Illustration of kicker risetime
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Dr. Sascha Marc Schmeling • CERN 21
Q5R
Q4R
Q4L
Q5L
Strahl 2
Strahl 1
Beam Dump Block
Septumzur Ablenkung des Strahls h/v
Kicker-Magnet
ca. 700 m
AB - Beam Transfer Group
ca. 500 m
SchnellerKicker-Magnet
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Dr. Sascha Marc Schmeling • CERN 22
Gesamtstrahl auf einen Kupferblock
Blocklänge [cm]
verdampfen
schmelzen
N.Tahir (GSI) et al.
Kupferblock
2 mEnergiedichte [GeV/cm3] auf dem Block
2808 Wolken
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Dr. Sascha Marc Schmeling • CERN 23
Beam Dump Block - Layout
L.Bruno
ca. 8 m
Beton-Abschirmung
Strahl-Absorber (Graphit)
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Dr. Sascha Marc Schmeling • CERN 24
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Dr. Sascha Marc Schmeling • CERN 27
Magnetenergie
E Dipol = 0.5 L Dipol I 2Dipol
gespeicherte Energie in einem Dipol: 7,6 MJ
Energie in allen 1232 Dipolen: 9,4 GJ9,4 GJ… pro Sektor reduziert auf 1,3 GJ
Unkontrollierte Energieableitung wird verhindert durch
Strom-um-leitung durch Bypass-Dioden
Energie wird durch einen Schalter auf eine Widerstandsbank geleitet, die sich auf 300 ºC aufheizt 13 kA Schalter aus Protvino, Russia
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Dr. Sascha Marc Schmeling • CERN 28
Strahl RundumStrahl Rundum
28Courtesy R. Bailey
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Dr. Sascha Marc Schmeling • CERN 29
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Dr. Sascha Marc Schmeling • CERN 30
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Dr. Sascha Marc Schmeling • CERN 31
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Dr. Sascha Marc Schmeling • CERN 32
Elektrische Verbindung für 12 kA
Cable Junction Box Cross-section
Upper Tin/Silver Soldering alloy Layer
Inter-Cable Tin/Silver Soldering Alloy Layer
Superconducting Cable in Copper
Stabilizer
Upper Copper Profile
Lower Copper U Profile
Lower Tin/Silver Soldering Alloy Layer
Completed Junction
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Dr. Sascha Marc Schmeling • CERN 33
LHC Ereignis
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Dr. Sascha Marc Schmeling • CERN 34
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Dr. Sascha Marc Schmeling • CERN 35
CMS Event
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Dr. Sascha Marc Schmeling • CERN 36
Spin-Offs
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Fragen ?
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