introducción a los aceleradores de partículas, lhc y lhcb · 2020-02-25 · lhc (gran...
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Introducción a los aceleradores de partículas, LHC y LHCb
Luis Miguel García Martín
¿Que queremos observar?
¿Candidatos de materia oscura?¿Supersimetría?¿Teoría de cuerdas?
ud
Z
b
Wc
ɣ
GravedadEnergía y materia oscuraMasa de neutrinosMateria-Antimateria
¿Como se observa el mundo?
¿Como se observa el mundo?
¿Como se observa el mundo?
¿Como se observa el mundo?
¿Como se observa el mundo?
¿Que es un acelerador de partículas?
● Una máquina que acelera partículas
● Una máquina que acelera partículas
¿Que es un acelerador de partículas?
¿Por que queremos acelerar partículas?
¿Por que queremos acelerar partículas?
¿Por que queremos acelerar partículas?
MATERIA OSCURA
¿Por que queremos acelerar partículas?
¿Que es un acelerador de partículas?
● Una máquina que acelera partículas● Una “fábrica” de partículas● Laboratorio para estudiar partículas elementales
¿Que es un acelerador de partículas?
● Una máquina que acelera partículas● Una “fábrica” de partículas● Laboratorio para estudiar partículas elementales
¿Como se aceleran las partículas?
● Aplicando una diferencia de potencial
● Se aceleran partículas cargadas
¿Como se aceleran las partículas?
● Aplicando una diferencia de potencial
● Se aceleran partículas cargadas
¿Como se aceleran las partículas?
● Aplicando una diferencia de potencial
● Se aceleran partículas cargadas
¿Como se aceleran las partículas?
● Aplicando una diferencia de potencial
● Se aceleran partículas cargadas
¿Cuánta energía se pone en juego?
● Energía del LHC: 13 TeV ~ 10-6 J
● Energía cinética de un mosquito: ½mv2 ○ Masa de un mosquito: 2 mg○ Velocidad de un mosquito: 3.6 km/h
¿Cuánta energía se pone en juego?
● Energía del LHC: 13 TeV ~ 10-6 J
● Energía cinética de un mosquito: ½mv2 ~ 10-6 J○ Masa de un mosquito: 2 mg○ Velocidad de un mosquito: 3.6 km/h
¿Por qué no hacer ciencia con mosquitos?
¿Cuánta energía se pone en juego?
● Energía del LHC: 13 TeV ~ 10-6 J
● Energía cinética de un mosquito: ½mv2 ~ 10-6 J○ Masa de un mosquito: 2 mg○ Velocidad de un mosquito: 3.6 km/h
¿Por qué no hacer ciencia con mosquitos?
Densidad de energía!!
El CERN
• CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear)
• Es un laboratorio internacional
• Varios importantes descubrimientos realizados por el CERN:World Wide Web (www)Escáner PETPantalla táctil
El LHC
● LHC (Gran Colisionador de Hadrones)
● Acelerador más potente hasta la fecha:○ 27 km de perímetro○ Acelera protones a 6.5 TeV (10.000 vueltas/s)
● Una colisión cada 25 ns
● Los haces tienes paquetes con 100.000 millones de protones
● Los paquetes se comprimen 50 𝛍m (grosor de un pelo)
El LHC
● LHC (Gran Colisionador de Hadrones)
● Acelerador más potente hasta la fecha:○ 27 km de perímetro○ Acelera protones a 6.5 TeV (10.000 vueltas/s)
● Una colisión cada 25 ns
● Los haces tienes paquetes con 100.000 millones de protones
● Los paquetes se comprimen 50 𝛍m (grosor de un pelo)
● Sólo 25 colisiones por cruce de haces
¿Cómo detectar las partículas?
¿Cómo detectar las partículas?
Las partículas se analizan con detectores creados con tecnologías muy avanzadas
● Las partículas de interés (Higgs, candidatos a materia oscura, ...) se desintegran rápido y no pueden medirse
● Se miden sus propiedades a traves de sus productos de desintegraciones ● Estos atraviesan todo el detector
¿Cómo detectar las partículas?
Detectores de trazas (trackers): ● Detectan las trazas que dejan las partículas cargadas● Si las partículas atraviesan un campo magnético puede calcularse su carga y
su momento
¿Cómo detectar las partículas?
¿Cómo detectar las partículas?
Detectores de trazas (trackers): ● Detectan las trazas que dejan las partículas cargadas● Si las partículas atraviesan un campo magnético puede calcularse su carga y
su momento
¿Cómo detectar las partículas?
Calorímetros: ● Electromagnético: absorben la energía de fotones y electrones● Hadrónico: absorben la energía de hadrones (protones, piones, kaones)● Miden la energía absorbida● Medida destructiva
¿Cómo detectar las partículas?
Detectores de muones: ● Los muones apenas interaccionan con la materia y atraviesan todo el detector● Detectan la trayectoria de los muones
¿Cómo detectar las partículas?
● Se producen unos 300 Gb/s● Se realiza un filtrado automático que selecciona eventos interesantes● Se almacena 1 de cada 40.000 eventos● Los físicos experimentales de partículas analizan los datos en busca
respuestas
Detectores típicos: ATLAS
Detectores típicos: ATLAS
Un detector especial: LHCb
● Dedicado al estudio de partículas con un quark b o c● Estas partículas:
○ salen disparadas hacia adelante○ “mutan” de partícula a antiparticula
● Nos ayuda a entender por qué el universo está hecho de materia y no de antimateria
Un detector especial: LHCb
● Detector de un solo “brazo”● Sólo una colisión protón-protón● Detectores de trazas con alta resolución => Buena estimación de la posición
de los vértices => Medidas de vida media precisas
Aceleradores más allá de la física de partículas
Conclusiones
● Tenemos unas herramientas muy potentes para completar el modelo: los aceleradores y detectores de partículas.
● Es trabajo de los físicos es analizar e interpretar los datos
● ¡Un nuevo descubrimiento puede estar a la vuelta de la esquina!
Gracias por la atención
Que aproveche el almuerzo resayuno
El GRID
● Para analizar todos los datos de los detectores del LHC se necesitan 100.000 PCs actuales y una inmensa capacidad del almacenaje
● El Grid permite el acceso a los recursos de los ordenadores conectados● Los físicos de partículas experimentales trabajan desde cualquier parte del
mundo con los datos del CERN
Tipos de aceleradores
Aceleradores lineales:
● Aceleran partículas en línea recta
● Aceleran electrones eficientemente
● “Un sólo disparo”
Aceleradores circulares:
● Las partículas se aceleran con cada vuelta
● Alcanzan mayores energías● Se necesitan imanes para curvar las
partículas ● Se pierde energía al curvar las partículas
Tipos de aceleradores
Aceleradores lineales:
● Aceleran partículas en línea recta
● “Un sólo disparo”
Aceleradores circulares:
● Las partículas se aceleran con cada vuelta
● Alcanzan mayores energías● Se pierde energía al curvar las
partículas