EL SUPERACELERADOR LARGE HADRON COLLIDER JAVIER DE LUCAS

2 LARGE HADRON COLLIDER Large Hadron Collider LHC: científicos institutos 100 paises 9 km

3 El LEP (acelerador e-e+ a 0.1 TeV) ha permitido comprobar el Modelo Estandar (fuerzas electrodébil y fuerte, 6 tipos de quarks y 6 leptones) con tanta precisión que las medidas son sensibles a fenómenos que pasan a energías superiores. Todas las evidencias indican que las respuestas a algunas de les actuales preguntas más relevantes de la Física actual las encontraremos en el entorno del TeV. RAZONES PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL LHC protón 1 TeV es del orden de la energía cinética de un mosquito volando, pero recordemos que el diámetro de un protón es de 1.66x m TeV

4

5 EXPERIMENTOS Alice CMS LHCbAtlas

6 LHC (en grandes números) Parámetros (protones): Energía: 7 TeV Campo magnético (dipolo) para 7 TeV: 8.3 T 3*10 14 Protones / haz (agrupados en 3000 bunches) Corriente: 0.56 A Luminosidad: cm 2 /s a 40 km/h En el caso de un quench (energía necesaria =10 7 protones de 7 TeV) la energía almacenada deberá extraerse de manera controlada para evitar daños. Imanes superconductores. Criogenia: 12 millones de litros de nitrógeno líquido se vaporizarán durante el enfriamiento inicial de toneladas de material y posteriormente litros de helio líquido serán necesarios para mantenerlo por debajo de 2K. Energía almacenada: Energía en los dos haces: 0.7 GJ 50 toneladas a 600 km/h Energía en los imanes: 10.4 GJ Total: 11 GJ

7 Origen de las masas : bosón de Higgs El modelo Estandar propone la existencia de un nuevo campo llamado el campo de Higgs. Las partículas adquieren masa interactuando con este campo y cuanto más fuerte sea dicha interacción, más masivas son. Ello implica la existencia de una nueva partícula: el bosón de Higgs. La teoría no predice su masa, pero sí su ritmo de producción y su modos de desintegración en función de la masa. ATLAS y CMS están optimizados para descubrir el Higgs en el rango esperado de su masa: 0.1 TeV< MH < 1 TeV Medidas de precisión de parámetros del Modelo Estandar top, beauty, tau, QCD,... MODELO ESTANDAR

8 Las siguientes afirmaciones son habituales: El LHC descubrirá el Higgs; El LHC descubrirá supersimetría a bajas energías, si existe. ( La primera es prácticamente cierta, la segunda es parcialmente cierta) MÁS ALLÁ DEL MODELO ESTANDAR T.O.E. (Theories of Everything) Intentan unificar les interacciones conocidas, incluyendo la gravedad, alrededor de GeV. Una TOE popular son las cuerdas, que sugieren que todas les partículas observadas son vibraciones de supercuerdas de unos cm Estas TOEs requieren de la existencia de dimensiones extras que todavía no se han observado. Teorías de gran unificación Pretenden unificar les interacciones conocidas, sin incluir la gravedad, alrededor de GeV Supersimetría Es una simetría propuesta entre bosones y fermiones. Cada partícula conocida tiene su compañero supersimétrico. Una de ellas (el neutralino) podría explicar la materia oscura del Universo.

9 LHCB: EXPERIMENTO DE VIOLACIÓN DE CP ¿Por qué razón no hay antimateria en el Universo? Argumentos de Sakharov: Desintegración del protón No equilibrio (Big Bang) Violación de CP (C=cambio de partícula- antipartícula), P=Paridad= r -> -r) La idea es estudiar procesos y compararlos con su CP Indica violación de CP

10 EXPERIMENTO DEDICADO A IONES PESADOS Física de les interacciones fuertes entre materia a densidades de energía extremas Los quarks y gluones que hoy en día están confinados dentro de protones y neutrones, en densidades extremas de energía estarán demasiado calientes para mantenerse juntos. Este nuevo estado de la materia se conoce como Quark Gluon Plasma, QGP Evidencias: Producción de J/Psi (c cbar) disminuye debido a que las condiciones tumultuosas privan que el c y el cbar queden ligados. Saldrán más parejas de electrones Saldrán más partículas con quarks extraños.

11 ADQUISICIÓN DE DATOS 1:10 12 sucesos interesantes 1:10 1 2

12 ADQUISICIÓN DE DATOS (1 PB = 10 3 TB = 10 6 GB) Level 1 - Special Hardware Level 2 - Embedded Processors 40 MHz (1000 TB/sec) Level 3 – Farm of commodity CPUs 75 KHz (75 GB/sec) 5 KHz (5 GB/sec) 100 Hz (100 MB/sec) 100 MB/sec ~ 2 Petabytes/año La solución : Europa: 300 institutos, 5000 usuarios Elsewhere: 200 institutos, 2000 usuarios El GRID: para procesar todos los datos que se generarán en el LHC se necesitará un red mundial de más de ordenadores

13 PARTICIPACIÓN EN EL LHC ATLAS IFAE (Barcelona) CNM (Barcelona) CMSLHCb UB (Barcelona) IFIC (Valencia) UAM (Madrid) USC (Santiago) CIEMAT (Madrid) IFCA (Santander)

14 ¿Origen de la masa de las partículas? (¿el Higgs?) ¿Por qué hay tres tipos de quarks y leptones de cada carga? ¿Hay un patrón en sus masas? ¿Hay más tipos de partículas y fuerzas que serán descubiertas a más altas energías (supersimetría?)? ¿Son los quarks y leptones fundamentales o son compuestos? ¿Que partículas forman la materia oscura? ¿Cómo podemos incluir la interacción gravitatoria en el Modelo Estándar actual? RESPUESTAS A PARTIR DEL 2008

EL SUPERACELERADOR LARGE HADRON COLLIDER FIN