Upload
raquel
View
42
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Large Hadron Collider. Jak to się zaczęło? Co chcemy zbadać? Jak to działa? Co będzie dalej?. LHC – trochę historii. 1984 - pomysł zderzacza hadronów, 1990-92 pierwsze uzgodnienia (B=10 T, E=10 TeV), 2003 6 m nadprzewodzącego magnesu jest gotowe, - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
1
Large Hadron Collider
Jak to się zaczęło?
Co chcemy zbadać?
Jak to działa?
Co będzie dalej?
2
LHC – trochę historii
1984 - pomysł zderzacza hadronów,1990-92 pierwsze uzgodnienia (B=10 T, E=10 TeV),2003 6 m nadprzewodzącego magnesu jest gotowe,2007 wszystkie magnesy są połączone, chłodzenie do temp. 1.9 K,10.09.2008 pierwsze wiązki w akceleratorze,19.09.2008 zwarcie, wyciek helu, Lato 2009 – planowane ponowne zbieranie danych.
3
LHC – główne zadania
Obecna wiedza o budowie materii i pochodzeniu Wszechświata nie jest kompletna.
Model Standardowy opisuje oddziaływania elektrosłabe i silne, ale nie determinuje masy cząstek – mechanizm Higgsa
przewiduje istnienie ciężkiej cząstki, która powinna powstać przy zderzeniach protonów o bardzo wysokiej energii.
MS nie unifikuje wszystkich oddziaływań (grawitacyjnych), a pomóc tu może weryfikacja teorii o istnieniu ciężkich, supersymetrycznych partnerów istniejących cząstek,
sprawdzana na LHC.
4
Nierozwiązany jest problem braku symetrii pomiędzy materią i antymaterią – istnienie słabego procesu odpowiedzialnego za
brak antymaterii potwierdzone zostanie na LHC.
Brak jest odpowiedzi na pytanie, z czego składa się 95% materii i energii, zwanej „ciemną”, we Wszechświecie, LHC zbada nowe
cząstki przy ekstremalnie wysokich gęstościach energii, podobnych do czasu kreacji świata.
LHC – główne zadania
Zderzenia ciężkich jonów pozwolą na obserwację plazmy kwarkowo-gluonowej – nowego stanu materii, który mógł istnieć
we wczesnym Wszechświecie
LHC =badania początku Wszechświata + oddziaływań cząstek
5
Jak poznać początek?
Patrząc w niebo spoglądamy wstecz w czasie.
Najbliższa gwiazda leżąca poza Układem Słonecznym, Proxima Centauri, jest od
nas oddalona o 4,3 lat świetlnych. Najbliższa galaktyka spiralna,
Andromeda, znajduje się w odległości dwóch
milionów lat świetlnych. Światło, które obecnie obserwujemy, wybiegło z
Andromedy znacznie wcześniej, niż na Ziemi w
wyniku ewolucji pojawił się gatunek ludzki.
Pewne obiekty, zwane kwazarami, leżące na granicach znanego Wszechświata,
oddalone są od Ziemi o ponad 10 miliardów lat świetlnych. Ich światło biegło
do nas ponad dwa razy dłużej niż istnieje Układ Słoneczny.
6
A co było jeszcze wcześniej?
Zdjęcia sporządzone przez teleskop Hubble’a pozwalają na obserwację Wszechświata około miliard lat po narodzinach.
Aby cofnąć się jeszcze dalej w czasie, poniżej niewielkiego ułamka sekundy od Wielkiego Wybuchu, naukowcy używają usytuowanych na ziemi akceleratorów cząstek, zbudowanych w laboratoriach takich jak CERN.
7
A na samym początku?
Zderzenia cząstek przy wysokich energiach odpowiadają wysokiej temperaturze
W CERNie zderzenia będą miały miejsce przy temperaturze 1015 K (100 milionów razy wyższej od temperatury jądra Słońca). Jest to temperatura Wszechświata, kiedy miał zaledwie 10-25 sekundy.
Zatem badanie zderzeń cząstek przypomina badanie Wszechświata tuż po jego narodzinach.
8
Budowa materii
Atom składa się z elektronów i dodatnich obiektów (1897 - J J Thomson).
Elektrony krążą wokół dodatnio naładowanego jądra (1911).
Jądro złożone jest z protonów (1919) i neutronów (1932)
…które składają się z kwarków (1964).
Kwarki i elektrony uważamy Kwarki i elektrony uważamy za cząstki fundamentalneza cząstki fundamentalne
9
Model Standardowy
HIGGS
Cząstki fundamentalne
Cząstki przenoszące oddziaływania
10
Budowa materii-hadrony
Kwarki żyją w grupach wraz z innymi kwarkami i nigdy nie występują samotnie.
Cząstki złożone z kwarków to hadrony.
• Mezony
Zbudowane z kwarku i antykwarku
Piony:
• Bariony
Zbudowane z trzech kwarków
proton
neutron
uudp
ddun 0duud
Wszystkie mezony są niestabilne, rozpadają się na elektrony, pozytony, neutrina i fotony.
Wszystkie bariony z wyjątkiem protonu są niestabilne tzn. rozpadają się, a na końcu łańcucha rozpadów są leptony, protony i fotony.
11
LHC – program fizyczny
Podczas zderzenia protonów o wysokiej energii powstają tysiące cząstek wtórnych. Rozpadają się one na najlżejsze hadrony (kaony, piony, protony) oraz leptony (elektrony i neutrina).
Zadaniem detektorów jest zerejestrowania wszystkich cząstek końcowych, określenie ich toru, pędu oraz identyfikacja.
Zadaniem fizyków jest, na podstawie tych informacji, określić stan, który powstał z pierwotnego zderzenia protonów, czyli z miejsca naśladującego początek Wszechswiata.
Porównanie tych danych z wieloma istniejącymi teoriami, pozwoli na wybranie i weryfikację jednej z nich.
Do eksperymentu potrzeba zatem akceleratorów i detektorów.
12
LHC jako akcelerator wiązek przeciwbieżnych
Magnesy zakrzywiające
Magnesy ogniskujące
Przyspieszanie
Przyspieszanie
Wyprowadzenie wiązkiInjekcja wiązki
Synchrotrony
Wiązki przeciwbieżne:
Przyspieszane cząstki przechodzą wielokrotnie przez te same elementy: wnęki przyspieszające, magnesy zakrzywiające i układy ogniskujące
Przy zderzeniach wiązek energia dostępna do produkcji nowych cząstek jest sumą energii wiązek,Przy zderzeniach z tarczą – jest proporcjonalna do √E
13
LHC – wyzwania technologiczne
Szybkie hybrydowe układy detekcyjne – zderzenia protonów co 25 ns Z LHC przekazywanych będzie rocznie ok. 15 mln GB filtrowanych danych – rozwór
technologii informatycznych – GRID, szybkie przesyły i zapis danych
Wytworzenie wysokich pól magnetycznych zakrzywiających tory protonów B do 10 T – elektromagnesy nadprzewodzące
Technologia niskich temperatur – temperatura He – 1,9 K
Układy przyspieszające o wysokim gradiencie przyspieszania 10 MV/m – wnęki rezonansowe nadprzewodzące
Wysoka świetlność zderzacza 1034 cm-2 s-1
Bardzo wysoka próżnia 10-13 atm
23
LHC-zespoły przyspieszaczySystem injekcji cząstek:
akcelerator liniowy: PSB
PSSPS
0,05 GeV1,4 GeV25 GeV450 GeV
Energia protonów 7 TeV,
Liczba protonów w pęczkuLiczba protonów w wiązceLuminosity (świetlność)Temperatura
1011 - 1,7x1011
2,8x1014
1034 cm-2s-1
1,9 K (-271,3oC)
Pole magnetyczne 8,36 T,
Odległość między pęczkamiLiczba pęczków
7,5 m, 25 ns2835
Długość tunelu 26,66 km
Ciśnienie 10-13 atm.
Magnesy (dipolowe, kwadrupolowe, sekstupolowe)
9600 szt.
Wneki rezonansowe 5 MV/m
24
Położenie akceleratorów i detektorów
LHCb
ATLAS
ALICE
CMSSPS
LHC
PS
25
26
Magnesy dipolowe LHC
E max ∞ BW LHC zastosowano nadprzewodzące magnesy dipolowe o B=8,3 T umożliwiajace zakrzywianie protonów o energii 7 TeV.Magnesy zbudowane są jako cewki z drutu niobowo-tytanowego (Tkryt=10 K), w których płynie prąd o I=11 700 A.Do chłodzenia 4700 ton materiału wykorzystano nadciekły hel (T=1,9 K), który bardzo dobrze rozprzestrzenia chłód na duże odległości.
27
LHCb
Atlas
Alice
CMS
Magnes LHC
Połączenia prądowe
28
Magnesy podczas testów naziemnych...
29
... oraz pod ziemią
30Opuszczanie 15-metrowego (35 t) modułu
31
Wnęka przyspieszajaca
32
LHC - detektory Na LHC zainstalowanych jest sześć detektorow: ALICE, ATLAS, CMS, LHCb (w podziemnych grotach) oraz LHCf (obok ATLASA) i TOTEM (w pobliżu CMS).
Współczesne detektory cząstek elementarnych składają się z wielu elementów, które rejestrują większość produktów zderzenia (oddziaływania).
Cząstki oddziałują w różny sposób z poszczególnymi częściami detektorów.
33
Zadania detektorów
Hybrydowy system detektorów
● zarejestrować wszystkie rodzaje cząstek,● pokazywać trajektorię i zderzenia w 3D,● wyznaczać masę, pęd i energię,● precyzyjnie pokazywać miejsca produkcji i rozpadu,● odrzucić przypadki nieciekawe, ● zapisać dane do dalszej analizy.
Zadania te mogą być realizowane przez wieloczęściowe zestawy detekcyjne (detektory wierzchołka, detektory śladowe w polu magnetycznym, kalorymetry oraz detektory mionów) .
ATLAS - Higgss
LHCb
34
LHC - detektory
ATLAS – najwiekszy obecnie detektor, poszukiwanie cząstki Higgsa, partnerów supersymetrycznych, dodatkowych wymiarów,
CMS – program badawczy podobny do ATLASA, ale odmienna budowa.
LHCb- zagadnienia związane z asymetrią materii, badania mezonów z kwarkiem b, spektrometr.
ALICE – plazma kwarkowo-gluonowa
35
ATLAS
Charakterystyczne układ magnesów w formie obwarzanka.
Stanowi go osiem nadprzewodzącychcewek magnetycznych, każda o długości 25 m, ułożonych nakształt cylindra wokół rury wiązki znajdującej się w środkudetektora.
36
ATLAS
37
LHC – start we wrześniu 2008
Obydwie wiązki 450 GeV obiegły pierścień LHC
Pierwszą przeprowadzono w ciągu godziny
Drugą przeprowadzono w ciągu kilku następnych godzin
38
AGH w DESY i CERN
Opracowanie koncepcji fizycznej – symulacje: fizycyProjekt akceleratora – symulacje: fizycy,inżynierowieProjekt detektorów – symulacje, prototypy, testy: fizycy,
elektronicy, inżynierowie, technicyBudowa akceleratoraBudowa detektorówOpracowywanie danychDESYUdział we wszystkich fazach projektowania i budowy 1980 - 2008
monitor świetlności: projekt L.Suszycki, AGH i IFJ PANkalorymetr uzupełniający, system gazowy, AGH i UWtesty próżniowe: HERA, PETRA, TESLA, FELprace montażowe
Wyjazdy: fizycy wyjazdy długie i krótkieinżynierowie i technicy wyjazdy kilkumiesięczne (~
100)
39
LHC na AGH
17.05.2005 roku doszło do podpisania listu intencyjnego pomiędzy CERN i AGH o współpracy w zakresie odbioru i uruchomienia LHC.
Na kontraktach nie krótszych niż 6 miesięcy przebywało 38 osób, sumaryczny pobyt to 900 osobo/miesięcy.
Osoby te pracowały przy: • instalacji kriogenicznej,• nadprzewodzących magnesach,• technicznej koordynacji prac w tunelu LHC,• kontroli jakości połączeń kriogenicznych, elektrycznych i próżniowych magnesów nadprzewodzących.
40
LHC na AGH
Udział w projektowaniu i budowie wybranych elementów:
ATLAS
Detektor promieniowania przejścia
Inne komponenty ATLASa
System kontroli i sterowania układem detektora
Programowanie
LHCb
Analiza danych symulowanych
GRID
41
Zapraszamy do zwiedzania wystawy!