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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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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≈ 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

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quark yantiquark

estable

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TEMARIO

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cátodo(-)

ánodo de enfoque

ánodos (+)aceleradores haz de electrones

pantallafosforescente

bobinasdeflectoras

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Acelerador Lineal (“Linac”)

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S N

BF

V

B

F

Fuerza de Lorentz

V

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vF

B

Fv

Curvatura de la trayectoria

Sincrotrones Inyección

Extracción

Electroimanes

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Enfoque con magnetos cuadrupolares

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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≈

18

19

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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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.

28

El Mecanismo de Higgs

Analogía: David J. Miller (University College London)Ilustración: Georges Boixader

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ATLAS

8

Long. = 44 mDiam. = 22 m

Long. = 44 mDiam. = 22 m

video

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(93% Ar,7% CO2 )

Detectores del ATLAS

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A T L A S

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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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CC TP

x

y z

Conservacion y violación

Simetrías C, P, T, CP, CPT

-y-z

-x

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LHC b

oLocalizadorde vértices

p p

Detectores deHadrones cargados

Seguimiento(“tracking”)

CalorímetrosDetectoresde Muones

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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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El Centro de de Control

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La red de cómputo (“Grid”)