Explorando el Universo de arriba abajo 1 El
Explorando el Universo de arriba abajo 1 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 2
≈ 10 -15 m ≈ 10 -10 m ≈ 10 -18 m 3
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Interacciones o fuerzas Electricidad Electromagnetismo Magnetismo Luz n → p + + e - + e Interacción Electrodébil Interacción Débil Interacc. de neutrinos ( ) Protones ( p+ ) Neutrones ( n ) Piónes ( π ) Gravedad terrestre Mecánica celeste Interacción Fuerte MODELO ESTÁNDAR Gravitación universal RELATIVIDAD Geometría del espaciotiempo Relatividad del movimiento 5
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quark y antiquark estable 7
TEMARIO ü Modelo Estándar de la Física de partículas ü Partículas e interacciones § ¿Cómo funciona un aceleradores de partículas? § Fundamentos eléctricos y magnéticos § El Gran Colisionador de Hadrones: “LHC” § Estructura y principales experimentos 8
cátodo (-) ánodos (+) aceleradores haz de electrones ánodo de enfoque bobinas deflectoras pantalla fosforescente 9
Acelerador Lineal (“Linac”) 10
Fuerza de Lorentz S F V N B V B F 11
Curvatura de la trayectoria F F v v B Sincrotrones Inyección Electroimanes Extracción 12
Enfoque con magnetos cuadrupolares 13
TEMARIO ü Modelo Estándar de la Física de partículas ü Partículas e interacciones ü ¿Cómo funciona un aceleradores de partículas? ü Fundamentos eléctricos y magnéticos § El Gran Colisionador de Hadrones: “LHC” § Estructura y principales experimentos 14
Colisión de partículas A energías suficientes: producción de nuevas partículas mediante la interacción fuerte. E = m c 2 15
circunferencia = 27 km 8, 6 km 16
La longitud tunel del LHC 27 km ≈ 23. 2 km + 3. 8 km 17
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El LHC tiene: 1232 magnetos dipolos deflectores. 392 magnetos cuadrupolos enfocadores. cuadrupolos “enfocadores” trayectoria real magneto deflector trayectoria ideal cuadrupolos “desenfocadores” 20
cilindro al vacío superconductores blindaje térmico (65 o. K) yugo de hierro (1. 9 o. K) Líneas de campo magnético bobinas superconductores ductos de los haces Helio (50 o. K) 21
Energía y Electrón. Voltio (e. V): 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 e. V 1 Te. V ≈ 1. 6 ergios 1. 6 × 10 -7 julios 4. 45 × 10 -11 vatios × hora 22
Luminosidad n 1 n 2 23
Algunos parámetros del LHC Partículas colisionadas Energía máxima de cada haz Tevatrón _ LHC pp pp Pb Pb 0. 98 7 2. 76 Te. V (por nucleón) Luminosidad 1030/(cm 2 × seg) Tiempo entre colisiones ns (= 0. 00001 seg) Circunferencia km 286 396 6. 28 10 000 0. 001 25 100 26. 66 24
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Experimentos principales ATLAS (A Toroidal LHC Apparatu. S) CMS (Compact Muon Solenoid) ALICE (A Large Ion Collider Experiment) LHC-b (Large Hadron Collider - beauty) 26
ATLAS y CMS Colisión de protones, a 7 Te. V por protón. Busqueda del bosón de Higgs. 27
El Mecanismo de Higgs Analogía: David J. Miller (University College London) Ilustración: Georges Boixader 28
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ATLAS Long. = 44 m Diam. = 22 m 8 30 video
Detectores del ATLAS (93% Ar, 7% CO 2 ) 31
ATLAS 32
CMS Long. = 22 m Diam. = 15 m Peso = 12 500 t Más que todos los experimentos previos de física de altas energías combinados 33
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ALICE Long. = 26 m Altura = 16 m Peso = 10 000 t Colisión núcleos de Plomo (Pb+82), a 2. 76 Te. V 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 35
LHC b Colisión de protones, a 7 Te. V por protón. Explorar la violación de la paridad CP mediante estudio de desintegraciones que producen quarks bottom (beauty) y charm. 36
Simetrías C, P, T, CPT Conservacion y violación T P C y z x -x -z -y 37
LHC b Detectores de Hadrones cargados Calorímetros Detectores de Muones Seguimiento (“tracking”) Localizador de vértices p o p 38
Colaboración Internacional EXPERIMEN PERSON INSTITUCION PAISES TO AS ES ALICE 1000 98 29 ATLAS 1800 158 35 CMS 2000 182 38 550 48 15 LHCb 39
El Centro de de Control 40
La red de cómputo (“Grid”) 41
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