1 El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) 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

≈ 10-15 m ≈ 10-10 m ≈ 10-18 m

MODELO ESTÁNDAR RELATIVIDAD Electricidad Magnetismo Luz Interacciones o fuerzas Electromagnetismo Interacción Electrodébil Interacción Débil n → p+ + e- + e Interacc. de neutrinos ( ) Protones ( p+ ) Neutrones ( n ) Piónes ( π ) Interacción Fuerte MODELO ESTÁNDAR Gravedad terrestre Mecánica celeste Gravitación universal RELATIVIDAD Geometría del espaciotiempo Relatividad del movimiento

quark y antiquark estable

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

ánodos (+) aceleradores cátodo (-) haz de electrones ánodo de enfoque bobinas deflectoras pantalla fosforescente

Acelerador Lineal (“Linac”)

Fuerza de Lorentz V S N B F V B F

Curvatura de la trayectoria F B Sincrotrones Inyección Extracción Electroimanes

Enfoque con magnetos cuadrupolares

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

E = m c2 Colisión de partículas A energías suficientes: producción de nuevas partículas mediante la interacción fuerte. E = m c2

circunferencia = 27 km 8,6 km

La longitud tunel del LHC 27 km 23.2 km + 3.8 km ≈

1232 magnetos dipolos deflectores. El LHC tiene: 1232 magnetos dipolos deflectores. 392 magnetos cuadrupolos enfocadores. trayectoria real ideal magneto deflector cuadrupolos “desenfocadores” “enfocadores”

Líneas de campo magnético cilindro al vacío superconductores blindaje térmico (65 oK) ductos de los haces Helio (50 oK) bobinas yugo de hierro (1.9 oK) Líneas de campo magnético

1 TeV ≈ Energía y Luminosidad ElectrónVoltio (eV): 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 1.6 ergios 1.6 × 10-7 julios 4.45 × 10-11 vatios × hora 1 TeV ≈

Luminosidad n1 n2

Algunos parámetros del LHC Tevatrón L H C Partículas colisionadas _ pp Pb Pb Energía máxima de cada haz TeV (por nucleón) 0.98 7 2.76 Luminosidad 1030/(cm2 × seg) 286 10 000 0.001 Tiempo entre colisiones ns (= 0.000000001 seg) 396 25 100 Circunferencia km 6.28 26.66

Experimentos principales ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) CMS (Compact Muon Solenoid) ALICE (A Large Ion Collider Experiment) LHC-b (Large Hadron Collider - beauty)

ATLAS y CMS Colisión de protones, a 7 TeV por protón. Busqueda del bosón de Higgs.

El Mecanismo de Higgs Analogía: David J. Miller (University College London) Ilustración: Georges Boixader

ATLAS 8 Long. = 44 m Diam. = 22 m video

Detectores del ATLAS (93% Ar,7% CO2 )

A T L A S

CMS Long. = 22 m Diam. = 15 m Peso = 12 500 t Más que todos los experimentos previos de física de altas energías combinados

ALICE Colisión núcleos de Plomo (Pb+82), a 2.76 TeV por núcleón. video Long. = 26 m Altura = 16 m Peso = 10 000 t 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?

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.

Conservacion y violación Simetrías C, P, T, CP, CPT Conservacion y violación C P x y z T -y -z -x

 LHC b p Detectores de Hadrones cargados Detectores de Muones Localizador de vértices  p Detectores de Hadrones cargados Seguimiento (“tracking”) Calorímetros Detectores de Muones

Colaboración Internacional EXPERIMENTO PERSONAS INSTITUCIONES PAISES ALICE 1000 98 29 ATLAS 1800 158 35 CMS 2000 182 38 LHCb 550 48 15

El Centro de de Control

La red de cómputo (“Grid”)