Transcript Explorando el Universo de arriba abajo El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) por: Luis Guillermo Restrepo Rivas Planetario de Medellín “Jesús Emilio Ramírez G” Medellín, 20

Explorando el Universo de arriba abajo
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El Gran Colisionador de Hadrones
(LHC)
por:
Luis Guillermo Restrepo Rivas
Planetario de Medellín “Jesús Emilio Ramírez G”
Medellín, 20 de Enero de 2009
TEMARIO
 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
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≈ 10-15 m
≈ 10-10 m
≈ 10-18 m
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4
Interacciones
o
fuerzas
Electricidad
Electromagnetismo
Magnetismo
Luz
n → p+ + e- + e
Interacción
Electrodébil
Interacción
Débil
Interacc. de neutrinos ( )
Protones ( p+ )
Neutrones ( n )
Piónes ( π )
Interacción
Fuerte
MODELO ESTÁNDAR
Gravedad terrestre
Gravitación universal
RELATIVIDAD
Mecánica celeste
Geometría del espaciotiempo
Relatividad del movimiento
5
6
quark y
antiquark
estable
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TEMARIO
 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
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cátodo
(-)
ánodos (+)
aceleradores
haz de electrones
ánodo de enfoque
bobinas
deflectoras
pantalla
fosforescente
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Acelerador Lineal (“Linac”)
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Fuerza de Lorentz
V
S
F
N
B
V
B
F
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Curvatura de la trayectoria
F
F
v
v
B
Sincrotrones
Inyección
Electroimanes
Extracción
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Enfoque con magnetos cuadrupolares
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TEMARIO
 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
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Colisión de partículas
A energías suficientes: producción de nuevas partículas
mediante 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
17
18
19
El LHC tiene:
1232 magnetos dipolos deflectores.
392 magnetos cuadrupolos enfocadores.
cuadrupolos
“enfocadores”
trayectoria
real
magneto
deflector
trayectoria
ideal
cuadrupolos
“desenfocadores”
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cilindro al vacío
superconductores
blindaje
térmico
(65 oK)
yugo
de
hierro
(1.9 oK)
Líneas de
campo magnético
bobinas
superconductores
Helio
(50 oK)
ductos de
los haces
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Energía
y
ElectrónVoltio (eV):
Luminosidad
Energía cinética que
adquiere un electrón
al ser acelerado por una diferencia de
potencial de 1 voltio, en el vacío.
1 Tera electron-voltio = 1.000.000.000.000 eV
1 TeV ≈
1.6 ergios
1.6 × 10-7 julios
4.45 × 10-11 vatios × hora
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Luminosidad
n1
n2
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Algunos parámetros del LHC
Partículas colisionadas
Energía máxima de cada haz
TeV (por nucleón)
Luminosidad
1030/(cm2
× seg)
Tiempo entre colisiones
ns (= 0.000000001 seg)
Circunferencia
km
Tevatrón
_
LHC
pp
pp
Pb Pb
0.98
7
2.76
286
396
6.28
10 000 0.001
25
100
26.66
24
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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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El Mecanismo de Higgs
Analogía: David J. Miller (University College London)
Ilustración: Georges Boixader
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29
ATLAS
Long. = 44 m
Diam. = 22 m
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30
video
Detectores del ATLAS
(93% Ar,7% CO2 )
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ATLAS
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CMS
Long. = 22 m
Diam. = 15 m
Peso = 12 500 t
Más que todos los experimentos previos de física de altas energías combinados
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ALICE
Long. = 26 m
Altura = 16 m
Peso = 10 000 t
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
Pb
fase de la materia: Plasma de quarks y gluones.
+82
¿Por qué los protones y neutrones tienen más masa
Pb
que
las de los quarks que los forman?
+82
¿Pueden liberarse los quarks de sus protones y
neutrones?
video
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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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Simetrías C, P, T, CP, CPT
Conservacion y violación
T
P
C
y
z
x
-x
-z
-y
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LHC b
Detectores de
Hadrones cargados
Calorímetros
Detectores
de Muones
Seguimiento
(“tracking”)
Localizador
de vértices
p
o
p

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Colaboración Internacional
EXPERIMENTO PERSONAS INSTITUCIONES
PAISES
ALICE
1000
98
29
ATLAS
1800
158
35
CMS
2000
182
38
550
48
15
LHCb
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El Centro de de Control
40
La red de cómputo (“Grid”)
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