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
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
3
≈ 10-15 m
≈ 10-10 m
≈ 10-18 m
4
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
6
7
quark yantiquark
estable
8
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
9
cátodo(-)
ánodo de enfoque
ánodos (+)aceleradores haz de electrones
pantallafosforescente
bobinasdeflectoras
10
Acelerador Lineal (“Linac”)
11
S N
BF
V
B
F
Fuerza de Lorentz
V
12
vF
B
Fv
Curvatura de la trayectoria
Sincrotrones Inyección
Extracción
Electroimanes
13
Enfoque con magnetos cuadrupolares
14
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
15
Colisión de partículas
A energías suficientes: producción de nuevas partículasmediante la interacción fuerte.
E = m c2
16
circunferencia = 27 km
8,6 km
17
La longitud tunel del LHC
27 km 23.2 km + 3.8 km≈
18
19
20
El LHC tiene:
1232 magnetos dipolos deflectores.
392 magnetos cuadrupolos enfocadores.
trayectoriareal
trayectoriaidealmagneto
deflectorcuadrupolos
“desenfocadores”
cuadrupolos“enfocadores”
21
Líneas decampo magnético
cilindro al vacío superconductores
blindajetérmico(65 oK)
ductos delos haces
Helio(50 oK)
bobinassuperconductores
yugode
hierro(1.9 oK)
22
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.
23
Luminosidad
n1 n2
24
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
25
26
Experimentos principales
ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS)
CMS (Compact Muon Solenoid)
ALICE (A Large Ion Collider Experiment)
LHC-b (Large Hadron Collider - beauty)
27
ATLAS y CMS
Colisión de protones, a 7 TeV por protón.
Busqueda del bosón de Higgs.
28
El Mecanismo de Higgs
Analogía: David J. Miller (University College London)Ilustración: Georges Boixader
29
30
ATLAS
8
Long. = 44 mDiam. = 22 m
Long. = 44 mDiam. = 22 m
video
31
(93% Ar,7% CO2 )
Detectores del ATLAS
32
A T L A S
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
34
35
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?
36
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.
37
CC TP
x
y z
Conservacion y violación
Simetrías C, P, T, CP, CPT
-y-z
-x
38
LHC b
oLocalizadorde vértices
p p
Detectores deHadrones cargados
Seguimiento(“tracking”)
CalorímetrosDetectoresde Muones
39
EXPERIMENTO PERSONAS INSTITUCIONES PAISES
ALICE 1000 98 29
ATLAS 1800 158 35
CMS 2000 182 38
LHCb 550 48 15
Colaboración Internacional
40
El Centro de de Control
41
La red de cómputo (“Grid”)