Los futuros experimentos en el Large Hadron Collider (LHC) del CERN Lluís Garrido garrido@ub.edu Universidad de Barcelona 5-Nov-2004 Conmemoración del

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  • Los futuros experimentos en el Large Hadron Collider (LHC) del CERN Llus Garrido garrido@ub.edu Universidad de Barcelona 5-Nov-2004 Conmemoracin del 50 aniversario del CERN en la Societat Catalana de Fsica
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  • 2 Large Hadron Collider LHC: 10.000 cientficos 1.000 institutos 100 paises @CERN (Ginebra) 9 km
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  • 3 LEP (acelerador e-e+ a 0.1 TeV) ha permitido comprobar el Modelo Standard (fuerzas electrodbil y fuerte, 6 tipos de quarks i 6 leptones) con tanta precisin que las medidas son sensibles a fenmenos que pasan a energas superiores. Todas las evidencias indican que nueva fsica i respuestas a algunas de les actuales preguntas ms relevantes, las encontraremos en el entorno del TeV. Razones para la construccin del LHC protn 1 TeV es del orden de la energa cintica de un mosquito volando, pero recordemos que el dimetro de un protn es de 1.66x10 -15 m TeV
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  • 4 Experimentos Alice CMS LHCbAtlas
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  • 5 LHC (en grandes nmeros) Parmetros (protones): Energa: 7 TeV Campo magntico (dipolo) para 7 TeV: 8.3 T 3*10 14 Protones / haz (agrupados en 3000 bunches) Corriente: 0.56 A Luminosidad: 10 34 cm 2 /s a 40 km/h En el caso de un quench (energa necesaria =10 7 protones de 7 TeV) la energa almacenada deber extraerse de manera controlada para evitar daos. Imanes superconductores. Criogenia: 12 millones de litros de nitrgeno lquido se vaporizaran durante el enfriamiento inicial de 31000 toneladas de material i posteriormente 700000 litros de helio lquido seran necesarios para mantenerlo por debajo de 2K. Energa almacenada: Energa en los dos haces: 0.7 GJ 50 toneladas a 600 km/h Energa en los imanes: 10.4 GJ Total: 11 GJ
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  • 6 Experimentos del LHC de propsito general: ATLAS i CMS (I) Origen de les masas : Higgs boson El modelo Standard propone la existencia de un nuevo campo llamado el campo de Higgs. Las partculas adquieren masa interactuando con este campo y como ms fuerte sea dicha interaccin, ms masivas son. Ello implica la existencia de una nueva partcula: el bosn de Higgs. La teora no predice su masa, pero s su ritmo de produccin y su modos de desintegracin en funcin de la masa. ATLAS i CMS estn optimizados para descubrir el Higgs en el rango esperado de su masa: 0.1 TeV< MH < 1 TeV Medidas de precisin de parmetros del Modelo Standard top, beauty, tau, QCD,... Modelo Standard
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  • 7 Experimentos del LHC de propsito general: ATLAS i CMS (II) Las siguientes afirmaciones son habituales: El LHC descubrir el Higgs; El LHC descubrir supersimetra a bajas energas, si existe. ( La primera es prcticamente cierta, la segunda es parcialmente cierta) Ms all del Modelo Standard T.O.E. (Theories of Everything) Intentan unificar les interacciones conocidas, incluyendo la gravedad, alrededor de 10 19 GeV. Una TOE popular son las cuerdas, que sugieren que todas les partculas observadas son vibraciones de supercuerdas de unos 10 -33 cm Estas TOEs requieren de la existencia de dimensiones extras que todava no se han observado. Teoras de gran unificacin Pretenden unificar les interacciones conocidas, sin incluir la gravedad, alrededor de 10 14 GeV Supersimetra Es una simetra propuesta entre bosones i fermiones. Cada partcula conocida tiene su compaero supersimtrico. Una de ellas (el neutralino) podra explicar la materia oscura del universo.
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  • 8 LHCb: experimento dedicado al estudio de la violacin de CP Por qu razn no hi ha antimateria en el Universo? Argumentos de Sakharov: Desintegracin del protn No equilibrio (Big Bang) Violacin de CP (C=cambio de partcula- antipartcula), P=Paridad= r -> -r) Violacin de CP es una de las claves La idea es estudiar procesos y compararlos con su CP Indica violacin de CP
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  • 9 experimento dedicado a iones pesados Fsica de les interacciones fuertes entre materia a densidades de energa extremas Los quarks y gluones que hoy en da estn confinados dentro de protones y neutrones, en densidades extremas de energa estarn demasiado calientes para mantenerse juntos. Este nuevo estado de la materia se conoce como Quark Gluon Plasma, QGP Evidencias: Produccin de J/Psi (c cbar) disminuye debido a que les condiciones tumultuosas privan que el c i el cbar queden ligados. Saldrn ms parejas delectrons Saldrn ms partculas con quarks extraos.
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  • 10 Adquisicin de datos Partculas interesantes 1:10 12 sucesos interesantes 1:10 12 (nota: alta radiacin 100 Gy)
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  • 11 Adquisicin de datos Data Recording, Reconstruction,& Offline Analysis (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/year La solucin : Europe: 300 institutes, 5000 users Elsewhere: 200 institutes, 2000 users Planetary computing El GRID: para procesar todos los datos que se generaran en LHC se necesitar un red mundial de ms de 200000 pcs
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  • 12 Participacin en el LHC ATLAS IFAE (Barcelona) CNM (Barcelona) CMSLHCb UB (Barcelona) IFIC (Valencia) UAM (Madrid) USC (Santiago) CIEMAT (Madrid) IFCA (Santander)
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  • 13 Origen de la masa de les partculas? (el Higgs?) Por qu hay tres tipos de quarks y leptons de cada carga? Hay un patrn en sus masas? Hay ms tipos de partculas y fuerzas que sern descubiertas a ms altas energas (supersimetra?)? Son los quarks y leptons fundamentales o son compuestos? Que partculas forman la materia oscura? Como podemos incluir la interaccin gravitatoria en el Modelo Standard actual? Preguntas que podran tener respuesta a partir del 2007