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Ciclotrón wikipedia , lookup

Transcript
2016
El LHC:
¿Cómo funciona el LHC?
Bernardo Gómez Moreno (Dr.rer.nat.)
Profesor Emérito
Universidad de los Andes
Septiembre 30 de 2016
El LHC:
¿Cómo funciona el LHC?
Contenido:
•
•
•
•
•
•
•
•
Motivación: Datos impactantes del LHC
LHC 3 máquinas en una: Sincrotrón, anillo almacenador y colisionador.
Cómo se llega al LHC: Desde las propuestas de Rolf Wideröe.
Multiplicador de voltaje, aceleración por resonancia.
Estabilidad espacial y temporal.
Cómo funciona el sincrotrón.
Del sincrotrón al colisionador.
El anillo del LHC.
En la búsqueda de conocimiento sobre el Universo
sobre lo más grande, lo más pequeño,
lo más antiguo …
en Ginebra, Suiza está
CERN
CERN – Centro Europeo para Investigación Nuclear
Es uno de los mayores
laboratorios del mundo …
CERN – Centro Europeo para Investigación Nuclear
donde está la pista de carreras
más rápida y violenta del mundo …
Protones se
mueven a una
velocidad de
99.999999%
de la velocidad
de la luz,
colisionando
frontalmente
entre ellos
40,000,000
de veces
por segundo.
CERN – Centro Europeo para Investigación Nuclear
en el espacio más vacío
de nuestro sistema solar …
El tubo de los rayos de protones tiene un vacío,
como en el Universo el espacio interplanetario:
La presión es 1/10 de la presión en la superficie de la Luna.
CERN – Centro Europeo para Investigación Nuclear
en una de las regiones
más frías del Universo …
Helio líquido superfluído se mantiene
a una temperatura de -271.3 C o 1.9 K.
Esto es más frio que el espacio interestelar (2.73 K).
CERN – Centro Europeo para Investigación Nuclear
allí ocurren procesos entre partículas,
que son las reacciones
más calientes de nuestra galaxia …
Se producen colisiones violentas
que corresponden a temperaturas un billón de veces
más altas que centro del Sol.
Esto es aproximadamente 160,000,000,000,000,000 ºC.
CERN – Centro Europeo para Investigación Nuclear
para ser observadas por los “ojos”
más complejos que han sido construídos jamás …
140 millones de unidades detección,
observando 40 millones de veces por segundo …
CERN – Centro Europeo para Investigación Nuclear
y analizados por el sistema
de computadores
más poderoso del mundo …
Esto es
5,000,000 GigaBytes
por año:
Una torre de CD
de 20 km de alto
por año.
Se analizan datos a una velocidad de 700 MB/s.
Esto es ~30,000 Enciclopedias Británicas cada segundo.
El LHC es una ventana al universo
para el estudio
de la estructura fundamental de la materia:
Partículas elementales y sus interacciones
y las implicaciones
en la comprensión del universo macro,
sobre el origen y evolución del universo.
LHC
Large Hadron Collider
Cómo físicos en el área de Altas Energías
nos interesa saber … ¿Cómo funciona el LHC?
¿Cómo funciona?
El LHC es tres máquinas a la vez:
•Acelerador sincrotrón de protones
•Anillo de almacenamiento
•Colisionador
desarrollado con la más avanzada tecnología.
La historia empieza allí …
en Alemania, Karlsruhe
con Rolf Wideröe
Precursor de los aceleradores
Rolf Wideröe,
tesis de doctorado en 1923
en Karlsruhe, Alemania.
Un área en
desarrollo
de 93 años
1923
Precursor de los aceleradores
Rolf Wideröe,
tesis de doctorado en 1923
en Karlsruhe, Alemania.
Multiplicador
de Voltaje
Cockcroft – Walton
Un área en
desarrollo
de 93 años
1923
Ernest T. S. Walton
Ernest Rutherford
John D. Cockcroft
Cavendish Laboratory – University of Cambridge - 1932
Acelerador de Cockcroft – Walton :
Acelerador Electrostático de Protones
700 keV
Principio básico:
Lograron corrientes
de hasta 10 mA
Circuito de multiplicación de Voltaje
700 keV
Acelerador
Cockcroft-Walton
Original
Cavendish Laboratory
Univ. de Cambridge
1932
Laboratorio Cavendish – 1932 - Acelerador de Cockcroft - Walton
Primer ciclo
Acelerador de Cockcroft - Walton
Fuente
Circuito multiplicador de voltaje
Segundo ciclo
Acelerador de Cockcroft - Walton
Fuente
conexión
flotante
Circuito multiplicador de voltaje
Tercer ciclo
Acelerador de Cockcroft - Walton
Fuente
Circuito multiplicador de voltaje
Cuarto ciclo
Acelerador de Cockcroft - Walton
Fuente
Circuito multiplicador de voltaje
http://www.bnl.gov/bnlweb/history/
Cockcroft-Walton
Brookhaven
Preacelerador
para AGS
Cockcroft-Walton
750 keV
Acelerador
Cockcroft-Walton
Fermilab
Antiguo
Cockcroft-Walton
en CERN
Precursor de los aceleradores
Rolf Wideröe,
tesis de doctorado en 1923
en Karlsruhe, Alemania.
Aceleración
por Resonancia
Ciclotrón y
Acelerador Lineal
Un área en
desarrollo
de 93 años
1923
Aceleración por Resonancia
oscilador
Ponemos campo electromagnético
oscilante entre las 2 “D”
con frecuencia de RESONANCIA:
oscilador  ciclotron 
q B
m
Con esto la partícula encuentra
SIEMPRE el campo eléctrico E
en fase para ser acelerada:
RESONANCIA EN LA FASE.
Ciclotrón
Aceleración
por Resonancia:
oscilador  ciclotron
qB

m
Recordemos … El Ciclotrón
Relaciones básicas:
Ecuación de movimiento radial
y energía cinética
2
v
F  qv  B  qvB  m 
R
q BR
v q B
 v
 ciclotron  
m
R
m
 Energia Cinetica :
Al aumentar la energía
1 2 q B R
K  mv 
2
2m
2
2
2
aumenta el radio de la
trayectoria:
Resulta traza en
ESPIRAL.
v
q BR
La velocidad aumenta linealmente con R.
m
El tiempo de media vuelta:
 Rm  m


R
t



v
q BR
q B

ciclotron
cicl ot ron
 const.
v q B
 
R
m
Frecuencia de Ciclotrón
Aumenta la rapidez de la partícula,
aumenta entonces el camino que recorre, así que
EL TIEMPO DE CADA ARCO
DE LA ESPIRAL ES IGUAL.
Fotografía:
http://cso.lbl.gov/photo/gallery/
Ernest Orlando
Lawrence
1930
Universidad
de California
Berkeley
Primer Ciclotrón
5 inch
1932
Ernest Orlando
Lawrence
Universidad
de California
Berkeley
Ciclotrón de 11 inch contruido por
Ernest Orlando Lawrence y sus estudiantes:
David Sloan y M. Stanley Livingston
1931, Berkeley, California
Ernest Orlando Lawrence
Berkeley, 1932
el Ciclotrón
El electroimán para el primer ciclotrón
Laboratorio de Ernest Lawrence, Berkeley 1932
Ernest Lawrence
1932: Ciclotrón
Ernest
y
John
Lawrence
1932
primer
tratamiento
del cáncer
con rayos
del
acelerador.
Paciente:
Gunda
Lawrence
madre de los
hermanos
Lawrence.
El rayo sale del ciclotrón
Ciclotrón de 184 inch de la Universidad de California en Berkeley
Se “desenrolla” la espiral del ciclotrón …
manteniendo el campo electrico oscilante
entre las “Ds” …
y se llega a la propuesta de Rolf Wideroe
con los cilindros de deriva cada vez más largos,
como va creciendo cada media vuelta
de los protones dentro de la “D” del ciclotrón …
Propuesta de Rolf Wideroe
en su tesis de doctorado de 1923:
1: tubos de deriva (drift tube)
2: oscilador externo
que oscila con frecuencia de resonancia
3: Campo eléctrico E~ que oscila
entre tubos de deriva,
como el campo eléctrico que oscila entre
las dos “Ds” del ciclotrón.
Observe cómo van conectados los tubos de deriva a los cables del oscilador,
alternando como las “Ds” del ciclotrón.
Propuesta de Rolf Wideroe:
(1)tubos de deriva (drift tube)
(2) oscilador externo
que oscila con frecuencia de resonancia
(3) Campo eléctrico E~ que oscila
entre tubos de deriva,
como el campo eléctrico que oscila entre
las dos “Ds” del ciclotrón.
Propuesta de Luis Álvarez:
(1)Cavidad
(2)drift tubes: Tibos de deriva.
El diámetro de los tubos se va reduciendo
por enfoque de los protones en dirección
transversal al pasar de un cilindro al siguiente,
efecto del campo eléctrico.
Luis Álvarez
Premio Nobel de Física
1968
Profesor de la
Universidad de California,
Berkeley
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/25/Lineaer_accelerator_en.svg
Límite de funcionamiento del Ciclotrón:
Para ciclotrones grandes, cuando la energía es tan grande,
que se tienen EFECTOS RELATIVISTAS,
aumento relativista de la masa,
la frecuencia de ciclotrón,
qB
disminuye al aumentar m: 
ciclotron 
m0
m
m
Al aumentar m
v2
1 2
Disminuye frecuencia de ciclotrón
c
y la máquina pierde la resonancia:
oscilador  ciclotron
En los semicírculos mayores
se pierde la resonancia:
Las partículas NO llegan en fase
con el Campo Eléctrico entre las “D”s
son frenadas y no aceleradas.
Límite de funcionamiento del Ciclotrón:
Los efectos relativistas son grandes para electrones.
NO para protones y iones más pesados.
Para electrones rápidamente
aumenta la masa
y se pierde la resonancia. 
ciclotron
qB

m
m
oscilador  ciclotron
m0
v2
1 2
c
Por esto los Ciclotrones
NO se utilizan para acelerar electrones.
Los ciclotrones se usan para
protones y iones más pesados.
Precursor de los aceleradores
Rolf Wideröe,
tesis de doctorado en 1923
en Karlsruhe, Alemania.
Un área en
desarrollo
de 93 años
1923
Transformador de rayo
“Ray-Transformer”
Diseño de
Rolf Wideröe
1923
Transformador
Reemplazamos el
embobinado secundario
de N2 espiras,
por una sola espira.
Voltaje
secundario
Núcleo
de hierro
En el circuito secundario (cerrado)
circula corriente eléctrica inducida:
A lo largo del alambre
de la espira secundaria hay
campo eléctrico inducido E,
responsable por
la corriente eléctrica inducida
en el embobinado secundario.
Sin la espira secundaria de alambre
también hay
Flujo
campo eléctrico inducido:
No se requiere el alambre.
magnético
Voltaje
primario
Transformador
Reemplazamos el
embobinado secundario
de N2 espiras,
por una sola espira.
E inducido
Núcleo
de hierro
En el circuito secundario (cerrado)
circula corriente eléctrica inducida:
A lo largo de alambre
de la espira secundaria hay
campo eléctrico inducido E,
responsable por
la corriente eléctrica inducida
en el embobinado secundario.
Sin la espira secundaria de alambre
también hay
Flujo
campo eléctrico inducido:
No se requiere el alambre.
magnético
Voltaje
primario
En lugar de embobinado secundario,
en lugar de espiras de alambre,
ponemos una cámara en forma de “donut”,
con alto vacío en su interior.
En el transformador
con voltaje primario
oscilante,
se induce dentro
de la “cámara donut”
un campo eléctrico
oscilante.
Durante medio período
este Einducido puede
acelerar partículas.
Máquina por pulsos:
cada medio período
acelera partículas.
E
inducido
Donald Kerst
University of Illinois
A larger push-button 25-MeV device, shown
behind Kerst in the photo above, was built by the
Allis-Chalmers Company and was used as an x-ray
lithography device for detecting flaws in metals
or other materials for the war effort.
http://physics.illinois.edu/history/Betatron.asp
Primer Betatrón
Donald Kerst
Univ. Illinois
Betatrón
Este campo B al oscilar
induce campo E en la cámara toroidal.
Este campo BRo guía a los eletrones en la cámara toroidal.
El Betatrón
es una máquina pulsada
B
extracción
Dt(acel)
inyección
extracción
Dt(acel)
t
inyección
Mientras la magnitud del campo magnético aumenta,
se pueden acelerar partículas,
aprovechando el campo eléctrico E inducido
dentro de la cámara donut en el transformador de rayo.
Betatrón
Este campo B al oscilar
induce campo E en la cámara toroidal.
Este campo BRo guía a los eletrones en la cámara toroidal.
Relaciones básicas
para el Betatrón

E  dl  
2 R0
v2
e  v  BR0  m 
R0
e  BR0 
d
B
dt
 B    R0  B
2
mv
R0

E  dl 
2 R0
d
2 dB
 B    R0 
dt
dt
dB
dt
e  R0  BR0  mv
E  2 R0    R0 
p  e  R0  BR0
1
dB
E   R0 
2
dt
p  e  R0  BR0
dBR0
1
dB 
e    R0 
  e  R0 
2
dt
dt


F 
dp
dt
 e  R0 
2
dBR0
dt
dBR0
1 dB


2 dt
dt
1
 B  BR0
2
BR0  12 B
ESTABILIDAD
Oscilaciones alrededor del
EQUILIBRIO ESTABLE
Estabilidad espacial:
Oscilaciones de Betatrón
Estabilidad temporal:
Estabilidad de Fase
Estabilidad
en la dirección vertical
Z
B
e B
BR
Fz
Fz B
e B
R
Para carga eléctrica negativa
(electrón entrando).
Estabilidad
en la dirección radial
F
B debe disminuir
más lentamente que 1/R
Fuerza centrípeta ~ 1/R
Fuerza magnética ~B
R
R0
Estabilidad
en la dirección radial
F
B debe disminuir
más lentamente que 1/R
Fuerza centrípeta ~ 1/R
Si R > R0 :
Fmagnética > Fcentrípeta requerida
 resulta
fuerza radial “exagerada” hacia adentro
que reduce R
Si R < R0 :
Fmagnética < Fcentrípeta requerida
Fuerza magnética ~B
 resulta
fuerza radial “insuficiente”
así que R aumenta
R
R0
ESTABILIDAD
Oscilaciones alrededor del
EQUILIBRIO ESTABLE
Estabilidad espacial:
Oscilaciones de Betatrón
Estabilidad temporal:
Estabilidad de Fase
ESTABILIDAD
DE FASE
Principio de
Sincrotrón
Extracción:
Partículas
Aceleradas
Cavidad de
Radiofrecuencia
Magnetos
Deflectores
Partícula
inyectadas
Tubo Evacuado
Alto Vacío
Edwin McMillan
Principio de
Estabilidad de Fase
Premio Nobel de Química
de1951
1947
Primer Sincrotrón de Electrones
Edwin McMillan, Berkeley
Cavidad de
Radiofrecuencia
E
R
De la fuerza magnética se obtiene
la ecuación de movimiento radial:
2
v
qvB  m
R
B
Dipolos para
guiar el haz
 qBR  mv
mv
p
R
 R
qB
qB
R  const
En el Sincrotrón
vale:
p
R
 const
qB
En el Sincrotrón
NO es cierto que:
Al acelerar las partículas
con el aumento de p
se ajuste el campo magnético B
para que R=const.
Lo que SÍ vale en el Sincrotrón:
Se aumenta el campo magnético B
y la máquina “automáticamente”
ajusta la energía de las partículas,
así que R=const.
“automáticamente”
:= por “principio de sincrotrón”
principio de sincrotrón := “estabilidad de fase”
Para acelerar las partículas
se aumenta B
Cavidad de
Radiofrecuencia
E
R
B
… y por estabilidad de fase
(principio de sincrotrón)
en la cavidad de radiofrecuencia
el campo eléctrico E
da a la partícula la energía justa requerida
para que R = const.
Dipolos para
guiar el haz
Los sincrotrones son aceleradores
para alcanzar las más altas energías:
Entonces las partículas allí aceleradas
son RELATIVISTAS.
Cavidad de
radiofrecuencia
Partícula IDEAL
órbita de radio R.
vc
Todas las partículas van
con la misma rapidez
(aproximadamente).
Partícula de menor energía
se desvía más
en el campo magnético,
órbita de menor radio,
recorrido más corto,
menor tiempo, llega ANTES.
R
Partícula de mayor energía
se desvía menos,
órbita de mayor radio,
mayor recorrido, más tiempo,
llega DESPUES.
¿Cuándo llegan las partículas a la cavidad de radiofrecuencia?
t : instante cuando llega partícula IDEAL
t< : instante cuando llega partícula de menor energía
t> : instante cuando llega partícula de mayor energía
t
Cavidad de
radiofrecuencia
Partícula IDEAL
órbita de radio R.
t<
Partícula de menor energía
se desvía más
en el campo magnético,
órbita de menor radio,
recorrido más corto,
menor tiempo, llega ANTES.
R
t>
Partícula de mayor energía
se desvía menos,
órbita de mayor radio,
mayor recorrido, más tiempo,
llega DESPUES.
¿Cuándo llegan las partículas a la cavidad de radiofrecuencia?
t : instante cuando llega partícula IDEAL
t< : instante cuando llega partícula de menor energía
t> : instante cuando llega partícula de mayor energía
Campo eléctrico en la cavidad de radiofrecencia:
E
Partícula ideal
ni se acelera,
ni se frena
menor energía
se acelera
t t>
t<
t t>
t<
mayor energía
se frena
t
Al aumentar B se aceleran las partículas, así que R = const.
Al aumentar B todas las partículas se desvían más, la órbita se hace más pequeña,
todas llegan ANTES ( t< ) que la partícula IDEAL (ideal para radio R=const.)
Todas encuentran E que las acelera, justo lo requerido para recuperar R=const.
Campo eléctrico en la cavidad de radiofrecencia:
E
Partícula ideal
ni se acelera,
ni se frena
menor energía
se acelera
t t>
t<
t t>
t<
mayor energía
se frena
t
B
extracción
Dt(acel)
inyección
E
El Sincrotrón
es una máquina pulsada:
Solo durante el intervalo:
Dt(acel)
se aceleran partículas,
mientras B va en aumento.
extracción
Dt(acel)
t
Al aumentar B
por estabilidad de fase
E acelera las partículas
justo lo requerido
para R = const.
inyección
Al aumentar B:
Menor órbita
llegan ANTES
se aceleran
t
Anillo de almacenamiento (ADA): “Storage Ring”
Se mantiene el campo magnético constante.
Las cavidades de radiofrecuencia se mantienen activas,
así que el campo eléctrico allí E~
B = const.
contribuye a la Estabilidad de Fase.
Campo eléctrico en la cavidad de radiofrecencia:
E
Partícula ideal
ni se acelera,
ni se frena
menor energía
se acelera
t t>
t<
t t>
t<
mayor energía
se frena
t
El Sincrotrón
es una máquina pulsada
B
extracción
Dt(acel)
inyección
extracción
Dt(acel)
t
inyección
Mientras la magnitud del campo magnético aumenta,
se pueden acelerar partículas.
Para el LHC
B
Bf
-
B0
-
Tiempo t
Sincrotrón
B aumenta  Energía aumenta
Anillo de almacenamiento
o colisionador
B constante  Energía constante
Sincrotrones de Enfoque Débil
Corte transversal: Acelerador circular de enfoque débil
Los primeros sincrotrones eran de tipo de
“enfoque débil” :
• Líneas de campo magnético curvadas por núcleos de
hierro de los magnetos, que aumentan en separación
al aumentar la distancia radial r.
• El campo magnético es más intenso para menor r,
disminuye al aumentar r.
Tune
• Tune es el número de oscilaciones
que realiza una partícula en una vuelta
alrededor de la órbita ideal.
Órbita ideal
Trayectoria real
Acelerador
de
enfoque débil
Enfoque débil
Expresando en términos de las derivadas
medidas alrededor de la órbita de equilibrio:
x' '
1  nx  0,
R0
y ' '
2
ny
0
2
R0
wherecon
' is arespecto
derivative
respect toathe
orbit
Donde ’ es una drivada
a with
“s” , parámetro
lo design
largo de
la órbita ideal.
La párticula oscila alrededor de la órbita ideal, siendo
el número de oscilaciones en una vuelta:
1- n
radially
radial
n
vertical
vertically
“Tune of the ring”: El ajuste del anilllo:
Número de oscilaciones en una vuelta.
Estabilidad exige: 0<n<1
Para oscilaciones estables el “tune” es menor que uno
en los dos planos (vertical y horizontal).
Desventajas del enfoque débil
Desventajas del enfoque débil:
• El “Tune” es pequeño (menor que 1)
• Al aumentar la energía aumenta el tamaño de la órbita.
• Al aumentar la energía aumenta la “apertura mágnética”
para cualquier desviación angular.
• Como el enfoque es débil el desplazamiento radial máximo
es proporcional al radio de la máquina !!!
Resultado: El tamaño de las componentes magnéticas
(“polos”, núcleos, de hierro) en un sincrotrón de altas energías
se hace exageradamente grande y costoso.
 ¿Da esto el límite alcanzable
para tamaño y energía del sincrotrón?
1952
Sincrotrón
de electrones
300 MeV
Enfoque débil
Purdue Univ.
Brookhaven
National
Laboratory
COSMOTRÓN
Sincrotrón
de
enfoque débil
BEVATRON
6.3 GeV
Sincrotrón de Protones de enfoque débil
Lawrence Berkeley National Laboratory
LBNL
BEVATRON
Berkeley
Sincrotrón de enfoque débil
1960, Rutherford Laboratory
7 GeV Proton Synchrotron
En Dubna: Sincrotrón de protones de enfoque débil, el “Sincrofasotrón” de Vladimir Veksler
36000 toneladas de hierro para los electroimanes del acelerador de 10 GeV
En Dubna: Sincrotrón de protones de enfoque débil, el “Sincrofasotrón” de Vladimir Veksler
36000 toneladas de hierro para los electroimanes del acelerador de 10 GeV
Si se pasara de 10 GeV a 100 GeV
La cavidad toroidal sería tan grande, que sería como una pista de carreras:
En esa época, para Juan Manuel Fangio y su fórmula-1
En Dubna: Sincrotrón de protones de enfoque débil, el “Sincrofasotrón” de Vladimir Veksler
36000 toneladas de hierro para los electroimanes del acelerador de 10 GeV
Mayor proyecto de Vladimir Veksler: “Sincrofasotrón” de Dubna
• En Rusia, el “Dubna synchrotron”, fue el mayor de todos con radio de 28 metros
y con un peso del núcleo de hierro de los magnetos de 36 000 toneladas .
En Dubna: Sincrotrón de enfoque débil, el Sincrofasotrón de Vladimir Veksler
36000 toneladas de hierro para los electroimanes
Desventaja del enfoque débil:
La apertura magnética muy grande
Electroimanes muy grandes para lograr espacio toroidal
suficiente para las trayectorias de las partículas,
que se desvían mucho de la trayectoria ideal
y solo muy lentamente se aproximan a esa trayectoria.
Y este efecto aumenta con la energía de las partículas.
Solución
Enfoque fuerte:
Utilizar elementos
de enfoque y desenfoque fuerte: ( |n| >>1 )
1952
Propuesta
del esquema
de
enfoque fuerte
para
sincrotrones
Ernest D. Courant
Hartland S. Snyder
Stanley Livingston
Cristofilos
Lo análogo se hace en el sincrotrón
con los magnetos de gradiente alterno.
Ver:
Sincrotrón de gradiente alterno AGS de Brookhaven
Alternating Gradient Synchrotron.
Ernest D. Courant
Hartland S. Snyder
Stanley Livingston
Cristofilos
Cámara de vacío toroidal
por donde van las partículas
Hierro
33 GeV
3 GeV
Enfoque débil
COSMOTRÓN en 1952
Enfoque fuerte
AGS en 1960
Brookhaven National Laboratory
Cámara de vacío toroidal
por donde van las partículas
Hierro
Enfoque débil
Enfoque fuerte
Con el enfoque fuerte se disminuye la apertura magnética significatvamente:
Para un sincrotrón de protones con enfoque fuerte se reduce en (1/20)
la amplitud de las oscilaciones de betatrón
(oscilaciones en dirección radial y en dirección vertical).
Para sincrotrón de 30 GeV, oscilaciones de 4 metros se reducen a 20 cm.
Así se reduce la cámara de vacío toroidal y los bloques de hierro de los magnetos.
Sincrotrones de enfoque fuerte
• El primer sincrotrón de gradiente alterno
(enfoque fuerte) fue el
sincrotrón de electrones de 1.5 GeV
de la Universidad de Cornell, Ithaca, N.Y.
Entró en operación en 1954.
• En 1957 entró en operación el AGS
(Alternating Gradient Synchrotron)
del Laboratorio Brookhaven
(USA, cerca de Nueva York).
AGS
Sincrotrón Moderno
Robert Wilson
Sincrotrón
moderno
es un sincrotrón
de enfoque fuerte
de gradiente alterno
Sincrotrón
moderno
DIPOLOS
para guiar el haz
CUADRUPOLOS
para enfocar el haz
Lente Magnética
con Cuadrupolos
Experimentos del LHC
100 m bajo tierra
Complejo de aceleradores del CERN: Cadena de preaceleradores y aceleradores
LHC
Colisiones en el “Large Hadron Collider”
7x1012 eV
Energía de cada rayo
1034 cm-2 s-1 Luminosidad
2835
Bunches/Rayo
1011
Protones/Bunch
7.5 m (25 ns)
7 TeV Protón Protón
Rayos para colisión frontal
Cruce de bunches 4x107 Hz
Colisiones de Protones 109 Hz
Colisiones de Partones
Nueva Production de Partículas 105 Hz
(Higgs, SUSY, ....)
Tanque al vacío
Aislante térmico
Aislante para superconductores
Recipiente para Helio líquido
LHC
Bus para cuadrupolos
Relleno magnético
Armazón de hierro
Collares no-magnéticos
Embobinado superconductor
Bus para dipolos
Aislante térmico
Intercambiador de calor
Tubo del haz de protones
Barra-bus auxiliar
Líneas
para criogenia
Haz de protones 1
bunch de 1011 protones
Haz de protones 2
bunch de 1011 protones
1296 dipolos
superconductores
con campos magnéticos
hasta 8.4 Tesla
100mil veces mayor
que el campo magnético de la Tierra.
Aproximadamente 5000 electroimanes
incluyendo cuadrupolos y otros multipolos
para enfocar los rayos de protones.
7 TeV
Protones
Protones
7 TeV
CERN
LHC
Embobinados en el LHC:
Electroimanes: Dipolos magnéticos
Hasta 15 mil Amperios …
Hilos de aleación niobio-titanio.
Hilos forman manojos.
Manojos forman cables.
Para el LHC
B
Bf
-
B0
-
Tiempo t
Sincrotrón
B aumenta  Energía aumenta
Anillo de almacenamiento
o colisionador
B constante  Energía constante
Luminosidad es una medida
del número de colisiones por cm2 y por segundo
que pueden producirse en un colisionador como el LHC.
N1  N 2
L f 
4   x   y
frecuencia de cruce de bunches
N1 y N2 = número de partículas en bunches
área seccional de los bunches
Llega el primer haz de protones al CMS: ¡Es un éxito!
100 millones
de señales resultan
de una sola colisión
Se almacenan 15 petabytes
por año
y por cada experimento
y así
durante 10 años o más.
1 petabyte = 10^15 bytes =
1000 millones de megabytes,
esto es 1000 millones de diskettes
El equivalente a
15 mil millones de diskettes
Los datos son analizados
por más de 2000 físicos
distribuidos en instituciones
en todos los continentes.
¡¡¡ Gracias
por su atención !!!