Aceleradores de partculas: el LHC

Explorando las fronteras de la Fsica de partculas con el LHC

Disculpas

Hobbes: Nombres cientficos?

Cartel: Nombres cientficos 1.00$Calvin: Por supuesto. Los cientficos aparecen con grandes y osadas teoras, pero despus les dan nombres simplones y sin imaginacinCalvin: Por ejemplo, los cientficos creen que el espacio est lleno de una masa misteriosa, invisible, y cmo la llaman? Materia oscura! Duhh! Enterate, se puede hacer una fortuna aqu.Hobbes: Me gusta decir Quark! Quark, quark, quark, quark!

Calvin: En lugar de hacer el tonto, porque no vas a buscarme algn cientfico

Mapa galctico de la Ciencia

De questamos hechos?

De qu estamos hechos?[ Respuesta antigua ]

Una nueva tabla peridica!

Gluones (8) QuarksMesones

BarionesNcleosGraviton ?

Bosones (W,Z)

Atomos

Luz

Qumica

ElectrnicaSisteme solar

Galaxias

Agujeros negrosDesintegracin n

Radioactividad beta

Interacciones de los neutrinos

Fusin en el sol

FuerteFotn

Gravitacional

DbilGrupo de Fsica Experimental de Altas Energas, U. OviedoElectromagnetica

TauMuonElectronTauNeutrinoMuonNeutrinoElectronNeutrino

-1-1-1000

BottomStrangeDownTopCharmUp

2/32/32/3-1/3-1/3-1/3 cada quark: R, B, G 3 colores

QuarksCarga elctricaLeptonesCarga elctrica

neeupdown

quarksleptones

...

La masa de las partculasTop

La razn est relacionada con la existencia de una nueva partcula llamada el bosn de Higgs descubierta en 2012Higgs(125 GeV)

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Premio Nobel Fsica 2013

El mayordescubrimientocientfico de losltimos 50 aos

Hay la

algo ms?

La rotacin de las galaxias

Vera Rubin

Qu ms hay ah fuera?Satlite Plank Resultados de marzo de 2013

De qu est hecha la materia oscura?(pregunta para un fsico de partculas)Tiene que ser algo que no hayamos visto an!

O bien pesa mucho y no lo hemos producido en nuestros experimentos....

... o bien interacta muy poco con las partculas que conocemos y se produce con muy poca frecuencia...

... o ambas cosas ...

La naturaleza est llena de cosas simtricas

Construimos cosas simtricas

Y si nos inventamos una nueva simetra que relacione fermiones y bosones?La upersimetra

Dnde se estudian al mismo tiempo los constituyentes de la materia y el origen del Universo?

EL CERNInvestigacin y DescubrimientoFormacinTecnologaColaboracin

El mayor laboratorio del mundo en Fsica de Partculas1949 Propuesto por Louis de Broglie1954 Fundacin

1717

El CERN en NmerosUsuarios CERN - Enero 2014

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Miles de cientficos de todo el mundo

Esto es el LHCEl experimento ms grande del mundoEl acelerador: LHC

CERN (Meyrin)Lago Lemn

Aerop. Ginebra

SPS

Acelerando las partculas...

Un conjunto de cavidades de radiofrecuencia El campo de aceleracin es de 5 Millones de Voltios por metro Frecuencia 400 MHz

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27 km a 99.9999% de la velocidad de la luz...

Acelerando las partculas...

Un conjunto de cavidades de radiofrecuencia El campo de aceleracin es de 5 Millones de Voltios por metro Frecuencia 400 MHz

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Se usan electroimanes dipolares para acelerar los protones y mantener su trayectoria. Cada uno tiene 15m de longitud y pesa 35 Tm.Existen 20 km de estos imanes superconductores y para enfriarlos a 1.9 K se usan 96 Tm de He superfluidoSe requieren campos magnticos de 8.3 T para mantener la trayectoria de los protones, cada uno con una corriente de 11,700 A. En una casa familiar medio se usan menos de 70 A.Curvando las partculas...

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El lugar ms fro del universoHelio lquidoT = -271,3 oCUniversoT=-270,5 oC12 Ml de Ni lquido se vaporizan durante el enfriamiento inicial (31000 Tm de material). Posteriormente 5000 Tm de He lquido son necesarios para mantenerlo por debajo de 2K.

El espacio ms vaco del Sistema Solar

10-13atmsferas, diez veces menos que la presin de la Luna!

La energa almacenada por los todos los imanes del LHC a 14 TeV es de 10.4 GJuliosEsa energa hay que descargarla en 40 seg!!!

Comparando con los aceleradores previos:Campo magntico: x 2Energa del haz: x 7Energa almacenada: x 200

10 GJ A380 @ 700 km/h

Transformamos energa en masa

Choque de protones

Los detectores......donde colisionan los protones

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Los detectores ms grandes y sofisticados jams construidos

Instalados en cavernas enormes bajo tierra

En las cavernas en las que estn los experimentos cabra la catedral de Oviedo10 pisos de altura!

a 100 m bajo tierra

El desafo de mover miles de toneladas

Dave Barney

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La cmara de fotos ms precisa...

100M pixeles 40M fotos/sDatos 15000 TB/aoPor experimento!Solo se almacenan 600 cada segundo

El 80% de la computacin de CMS se hace fuera del CERN en centros repartidos por todo el mundo:Con ms de 20.000 cores, que procesan 15 millones de GB de datos y producen 5000 millones de simulaciones al aoEn la Universidad de Oviedo hemos instalado un Tier-3 y participamos en el Tier-2 espaolAdems disponemos de un CMS Centre que nos sirven como:Centro de control remoto del experimentoCentro de divulgacin cientficaComputacin

Tenemos que encontrar 1 suceso (colisin) entre 10.000.000.000.000

Y a pesar de algn algn imprevisto(exagerado por la prensa)

Primeras colisiones (con haces estables) el7 de mayo de 2016

Primeras colisiones (con haces estables) el7 de mayo de 2016

Y el resultado es......Una colisin en CMS

Cmo vemos los resultados los fsicos?

Y esto...para qu sirve?

Aplicaciones prcticas?1897 - J.J. ThomsonEl electrn

Thomson describiendo en 1934 el posible impacto de su descubrimiento del electrn en 1897:

Podra algo parecer menos prctico que un cuerpo que es tan pequeo que su masa es una fraccin insignificante de la masa de un tomo de hidrgeno?...

... que es tan pequeo que un conjunto de estos cuerpos igual a la poblacin mundial total no poda haber sido detectado por ningn medio conocido por la ciencia en ese momento.

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Tecnologa e InnovacinAplicaciones mdicas

Combinacin de la Fsica, la Biologa y la Medicina en la lucha contra el cncer

Acelerando haces de partculas~30.000 aceleradores en el mundo~17.000 usados en Medicina

Tecnologa e InnovacinAplicaciones mdicas

Hadronterapia

Tumour TargetProtones

Iones ligerosRayos Xprotones

El CERN coordina la investigacin en este campo

CarbonoProtnNeutrnElectrn

Tecnologa e Innovacin Aplicaciones mdicasDetectando partculas: PET

Las tcnicas de tomografa por emisin de positrones utilizan la antimateria (los positrones) emitida por un radiofrmaco para producir un par de fotones al aniquilarse con otro electrn del cuerpo.

Los detectores utilizados derivan directamente de los que se utilizan en los grandes detectores de Fsica de Partculas

...la World Wide Web...

Tcnicas de Computacin- La Grid -160 centros35 pases

Redes de comunicaciones y computacin cuntica

Redes de Comunicaciones actualesRedes de Comunicaciones futuras?La criptografa cuntica permitira utilizar redes de comunicaciones de manera segura.La computacin cuntica abordara problemas complejos en tiempos muchos ms cortos que los actualesLas necesidades del LHC han propiciado la creacin de rapidsimas redes cientficas de comunicaciones utilizadas en todo el mundo.

Desarrollos industrialesLas tcnicas de vaco ultra alto se utilizan para mejorar el aislamiento de las cmaras de calor de los paneles solares incrementando su eficiencia.Las necesidades del LHC han propiciado la creacin de rapidsimas redes de comunicacin utilizadas en todo el mundo. Y mucho ms...Criogenia para conservacin de los alimentosSuperconductividad en levitacin magntica, transporte eficiente de la energa elctrica

Paneles solares en el aeropuerto de Ginebra fabricados por una empresa espaola.

Puedo participar? Beamline for schools

Descripcin en castellano en http://beamline-for-schools.web.cern.ch/sites/beamline-for-schools.web.cern.ch/files/Spanish.pdf Pgina principal:http://beamline-for-schools.web.cern.ch

Muchas Gracias!Para saber ms sobre...... el CERNWeb: http://www.cern.ch... el CPAN [C. Nacional de Partculas,Astropartculas y Nuclear]Web: http://www.i-cpan.es ... el grupo de Fsica Experimental deAltas EnergasWeb:http://www.hep.uniovi.esTwitter:@uniovihep

Un gran grupo de investigadores

Backup

Lentes gravitatorias y colisiones de cmulos

Choque de cmulosEn azul la materiaoscuraLente gravitatoria causadapor materia oscura

No se vayan todava: an hay ms! Unificacin de fuerzas

EMDbilFuerte

El largo camino del LHC y los detectores-2025 o 2030 LHC FUNCIONANDO2015A la caza de la materia oscura2012Observa de una partcula consistente con el Higgs2009/10Comienzo del LHC2008CMS listo para las primeras colisiones protn-protnSe completan las cavernas 2000Comienza el ensamblado en superficie. Cierre del LEP 1998 Comienzo de la construccin (TDRs)Firma del MoU de Construccin1996Aprobada su construccin1994Technical Proposals Approved1993LoI (ATLAS y CMS)1992Reunin General sobre Fsica del LHC y Detectores, Evian les BainsECFA LHC Workshop, AachenEl Long-Range Planning Committee recomienda el LHC como eleccin de futuro para el CERN1984 Workshop on a Large Hadron Collider in the LEP tunnel, Lausanne

Proyecto de 25 + 20 aos

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Raw SET~2 TeV14 jets with ET>40Estimated PU~5057

El lugar ms caliente del universo160 000 000 000 000 000 oC

Por qu slo hay materia?

Dnde est la antimateria?Si el Universo comenz puramente a partir de energa debera contener la misma cantidad de materia que de antimateria. Si hubiese la misma cantidad de materia que antimateria se hubiera aniquilado entre s.

Pero an estamos aqu y no se ha encontrado evidencia para aglomeraciones de antimateria.

Por cada 109 pares de partculas-antipartculas producidas en la llamada bariognesis (10-6 segundos despus del Big Bang), parece que hay un exceso de 1 partcula TODO LO QUE SE VE EN EL UNIVERSO HOY es ese exceso

Algunas leyes de la Naturaleza podran no ser IMPARCIALES entre materia y antimateria (Charge-Parity Violation)

Cazadores de partculas espaolesEspaa es miembro del CERNdesde 1983 y aporta un 8,9% deltotal al organismo que gestionael LHC, lo que la convierte en elquinto contribuyenteMs de una decena deUniversidades y Centros deInvestigacin participan en el LHC70 empresas espaolas participaron en su construccin: Duro Felguera, Asturfeito, Nortemecnica,...El Centro Nacional de Fsica de Partculas, Astropartculas y Nuclear (CPAN), proyecto en el cual participan 26 grupos de investigacin y ms de 400 cientficos, aglutina en gran medida la participacin espaola en el CERN

Oportunidades en el CERN(http://cern.ch/jobs)

Oportunidades en el CERN(http://cern.ch/jobs)