DESY

H. Gomez Rubiano

26 de febrero de 2015

Resumen

En el siguiente texto se realiza una breve resena acerca del acelerador de partıculas DESY, descri-biendo algunos de sus componentes y funcionamiento.

1. Introduccion

Deutsches Elektronen-Sincrotron (DESY) funda-do el 18 de diciembre de 1959, se establecio prin-cipalmente en Hamburgo y en 1992 se amplio aZeuthen. DESY actualmente apoya las iniciativasde investigacion en tres areas principales: el disenoy construccion de los aceleradores de partıculas,las caracterısticas en alta energıa de las partıcu-las subatomicas y las aplicaciones de la radiacionde sincrotron.

Figura 1: Localizacion de DESY

El primer acelerador de partıculas de DESYera un sincrotron de electrones, fue termi-nado en 1964 y fue capaz de acelerar elec-trones a un nivel de energıa de 7.4 GeV. ElDoubleRingStorageFacility (DORIS), completa-do 10 anos mas tarde, fue disenado para colisionarhaces de electrones y positrones a energıas de 3,5GeV, luego actualizado a 5 GeV por haz en 1978.

Ahora en su tercera version como DORIS III,esta maquina ya no se utiliza como un colisiona-dor, sino que su haz de electrones sirve como unafuente de radiacion de sincrotron (principalmenteen longitudes de onda de rayos X y ultravioleta) pa-ra el HamburgSynchrotronRadiationLaboratory(HASYLAB). Este es un centro de investigacionnacional que invita a los cientıficos a explorarlas aplicaciones de la investigacion del sincrotronde radiacion en la biologıa molecular, ciencia demateriales, quımica, geofısica y medicina.

2. PETRA

PETRA fue construido entre 1975 y 1978, en elmomento de su construccion era el anillo de alma-cenamiento mas grande de su tipo y sigue siendoel segundo mayor sincrotron de DESY despues deHERA. PETRA sirvio originalmente para la inves-tigacion de las partıculas elementales. El descubri-miento del gluon, la partıcula portadora de la fuer-za nuclear fuerte, en 1979 se cuenta como uno desus mayores exitos. El colisionador originalmentefue disenado para 15 GeV de energıa de haz, perotras una actualizacion aumento a 23 GeV.

3. HERA

HERA consta de dos anillos en un unico tunel,con una circunferencia de 6,3 kilometros. Un anilloacelera los electrones o positrones a 30 GeV y el

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Figura 2: Diagrama de Feynmann de la interaccionelectron-positron evidenciando un Gluon.

otro protones a 820 GeV. Se esta utilizando paradesbloquear la estructura interna de la protones yası estudiar la energıa y la distancia a la que gluonesinteractuan con quarks dentro del proton y paraexplorar como la combinacion de quarks dentro delproton da lugar a observar su spin.

Figura 3: Diagrama de DESY

Muchos elementos de HERA son superconducto-res, especialmente los 416 imanes superconductoresdel anillo que producen un campo magnetico de4,7 Tesla. Todos estos elementos son enfriadoscon helio lıquido a una temperatura de 4,2 gradosKelvin. El sistema de refrigeracion contiene 15toneladas de helio lıquido y fue en el momento enel que se construyo la planta de licuefaccion dehelio mas grande del mundo.No es posible acelerar las partıculas dentro deHERA de cero a casi la velocidad de la luz. Laspartıculas necesitan tener una cierta velocidadmınima antes de que se inyecten en HERA. Casitodos los aceleradores que se construyeron en lahistoria de DESY sirven como pre-aceleradoresantes de las partıculas finalmente encontrar su

camino en HERA. Cerca de 50 equipos con 3000procesadores en total monitorizan las partıculas pa-ra llegan al lugar correcto en el momento adecuado.

3.1. Aceleracion de las partıculas

Los protones se extraen de un gas de hidrogenototalmente normal. En la primera etapa las molecu-las de H2 se dividen en atomos de hidrogeno in-dividuales, luego se obtiene, mediante un electronadicional, iones hidrogeno H−, para luego ser ace-lerados a una energıa de 750.000 eV y se inyectanen el LINAC III (acelerador lineal) como se ve en laFigura [3]. Linac III tiene solamente 32 metros delargo pero acelera los iones de hidrogeno para unaenergıa de 50 MeV. Al final del LINAC los ionesde hidrogeno se dirigen hacia una delgada hoja dealuminio que expulsa dos electrones; resultando asiiones positivos de hidrogeno y protones desnudos.Luego, DESY III los acelera hasta 8 GeV y desdeallı se transportan en PETRA, donde se retienenpor un tiempo para acelerarse hasta 40 GeV. Si haysuficientes protones con la energıa adecuada en PE-TRA se inyectan en HERA. Si todas las partıculasestan en HERA, el proceso de aceleracion se iniciahasta un final de energıa de 820 GeV.Para los electrones el camino es ligeramente dife-rente. Ellos se aceleran primero a 450 MeV con LI-NAC II Figura[3], a continuacion pasan a 9 GeVcon DESY II y despues en PETRA II suben hastael 12 GeV. Con esta energıa se inyectan en HERAdonde obtienen su aceleracion final a 27,6 GeV.

HERA no es solo un acelerador de partıculas,sino tambien un anillo de almacenamiento, una vezque las partıculas han llegado a su maximo deenergıa se pueden almacenar allı durante muchashoras. En principio HERA podrıa almacenar laspartıculas durante dıas e incluso semanas.

4. Experimento HERMES

HERMES es un experimento que investiga la es-tructura de quark-gluon de la materia: se estudiala estructura del spin del nucleon (Proton y neu-tron). El sistema constaba de tres detectores acti-vos: un detector de tiras de silicona, un rastreadorde centelleo de fibra y un detector de fotones. Todosrodeados por un iman que proporciona un campo

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magnetico longitudinal.

5. Referencias

http : //arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1008/1008,1869.pdf

http : //www.britannica.com/EBchecked/topic/159435/DESY &prev = search

http : //www.particleadventure.org/spanish/desys.html

http : //docsetools.com/articulos−noticias−consejos/article138856.html

http : //arxiv.org/pdf/1302,6092v2.pdf

http : //www −library.desy.de/preparch/desy/postpr/1981/desy81 − 012.pdf

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