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1El Gran Colisionador de Hadrones
(LHC)
Explorando el Universo de arriba abajo
Planetario de Medellín “Jesús Emilio Ramírez G”
Medellín, 20 de Enero de 2009
por:Luis Guillermo Restrepo Rivas
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2
Modelo Estándar de la Física de partículas Partículas e interacciones
¿Cómo funciona un aceleradores de partículas? Fundamentos eléctricos y magnéticos
El Gran Colisionador de Hadrones: “LHC” Estructura y principales experimentos
TEMARIO
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3
≈ 10-15 m
≈ 10-10 m
≈ 10-18 m
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5
RELATIVIDAD
MODELO ESTÁNDAR
InteracciónElectrodébil
Electricidad
Magnetismo
Luz
n → p+ + e- + e
Interacc. de neutrinos ( )
Protones ( p+ )
Neutrones ( n )
Piónes ( π )
Electromagnetismo
InteracciónDébil
InteracciónFuerte
Gravedad terrestre
Mecánica celesteGravitación universal
Geometría del espaciotiempoRelatividad del movimiento
Interaccioneso
fuerzas
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7
quark yantiquark
estable
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Modelo Estándar de la Física de partículas Partículas e interacciones
¿Cómo funciona un aceleradores de partículas? Fundamentos eléctricos y magnéticos
El Gran Colisionador de Hadrones: “LHC” Estructura y principales experimentos
TEMARIO
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cátodo(-)
ánodo de enfoque
ánodos (+)aceleradores haz de electrones
pantallafosforescente
bobinasdeflectoras
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10
Acelerador Lineal (“Linac”)
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11
S N
BF
V
B
F
Fuerza de Lorentz
V
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12
vF
B
Fv
Curvatura de la trayectoria
Sincrotrones Inyección
Extracción
Electroimanes
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Enfoque con magnetos cuadrupolares
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Modelo Estándar de la Física de partículas Partículas e interacciones
¿Cómo funciona un aceleradores de partículas? Fundamentos eléctricos y magnéticos
El Gran Colisionador de Hadrones: “LHC” Estructura y principales experimentos
TEMARIO
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Colisión de partículas
A energías suficientes: producción de nuevas partículasmediante la interacción fuerte.
E = m c2
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circunferencia = 27 km
8,6 km
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La longitud tunel del LHC
27 km 23.2 km + 3.8 km≈
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20
El LHC tiene:
1232 magnetos dipolos deflectores.
392 magnetos cuadrupolos enfocadores.
trayectoriareal
trayectoriaidealmagneto
deflectorcuadrupolos
“desenfocadores”
cuadrupolos“enfocadores”
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Líneas decampo magnético
cilindro al vacío superconductores
blindajetérmico(65 oK)
ductos delos haces
Helio(50 oK)
bobinassuperconductores
yugode
hierro(1.9 oK)
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Energíay
Luminosidad
1.6 ergios1.6 × 10-7 julios4.45 × 10-11 vatios × hora
1 TeV ≈
1 Tera electron-voltio = 1.000.000.000.000 eV
ElectrónVoltio (eV):Energía cinética que adquiere un electrón al ser acelerado por una diferencia de potencial de 1 voltio, en el vacío.
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23
Luminosidad
n1 n2
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Algunos parámetros del LHC
Tevatrón L H C
Partículas colisionadas _pp pp Pb Pb
Energía máxima de cada hazTeV (por nucleón)
0.98 7 2.76
Luminosidad1030/(cm2 × seg)
286 10 000 0.001
Tiempo entre colisionesns (= 0.000000001 seg)
396 25 100
Circunferenciakm
6.28 26.66
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Experimentos principales
ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS)
CMS (Compact Muon Solenoid)
ALICE (A Large Ion Collider Experiment)
LHC-b (Large Hadron Collider - beauty)
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ATLAS y CMS
Colisión de protones, a 7 TeV por protón.
Busqueda del bosón de Higgs.
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28
El Mecanismo de Higgs
Analogía: David J. Miller (University College London)Ilustración: Georges Boixader
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30
ATLAS
8
Long. = 44 mDiam. = 22 m
Long. = 44 mDiam. = 22 m
video
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31
(93% Ar,7% CO2 )
Detectores del ATLAS
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32
A T L A S
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33
CMS
Más que todos los experimentos previos de física de altas energías combinados
Long. = 22 mDiam. = 15 mPeso = 12 500 t
Long. = 22 mDiam. = 15 mPeso = 12 500 t
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ALICE
video
Long. = 26 mAltura = 16 mPeso = 10 000 t
Long. = 26 mAltura = 16 mPeso = 10 000 t
Pb+82
Pb+82
Pb+82
Colisión núcleos de Plomo (Pb+82), a 2.76 TeV por núcleón.
Interacción de la materia a altas densidades de energía, donde se espera la formación de una nueva fase de la materia: Plasma de quarks y gluones.
¿Por qué los protones y neutrones tienen más masa que las de los quarks que los forman?
¿Pueden liberarse los quarks de sus protones y neutrones?
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LHC b
Colisión de protones, a 7 TeV por protón.
Explorar la violación de la paridad CP mediante estudio de desintegraciones que producen quarks bottom (beauty) y charm.
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37
CC TP
x
y z
Conservacion y violación
Simetrías C, P, T, CP, CPT
-y-z
-x
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38
LHC b
oLocalizadorde vértices
p p
Detectores deHadrones cargados
Seguimiento(“tracking”)
CalorímetrosDetectoresde Muones
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39
EXPERIMENTO PERSONAS INSTITUCIONES PAISES
ALICE 1000 98 29
ATLAS 1800 158 35
CMS 2000 182 38
LHCb 550 48 15
Colaboración Internacional
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40
El Centro de de Control
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41
La red de cómputo (“Grid”)