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
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¿Que queremos observar?
¿Candidatos de materia oscura?¿Supersimetría?¿Teoría de cuerdas?
ud
Z
b
Wc
ɣ
GravedadEnergía y materia oscuraMasa de neutrinosMateria-Antimateria
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¿Como se observa el mundo?
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¿Como se observa el mundo?
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¿Como se observa el mundo?
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¿Como se observa el mundo?
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¿Que es un acelerador de partículas?
● Una máquina que acelera partículas
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● Una máquina que acelera partículas
¿Que es un acelerador de partículas?
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¿Por que queremos acelerar partículas?
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¿Por que queremos acelerar partículas?
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¿Por que queremos acelerar partículas?
MATERIA OSCURA
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¿Por que queremos acelerar partículas?
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¿Que es un acelerador de partículas?
● Una máquina que acelera partículas● Una “fábrica” de partículas● Laboratorio para estudiar partículas elementales
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¿Que es un acelerador de partículas?
● Una máquina que acelera partículas● Una “fábrica” de partículas● Laboratorio para estudiar partículas elementales
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¿Como se aceleran las partículas?
● Aplicando una diferencia de potencial
● Se aceleran partículas cargadas
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¿Como se aceleran las partículas?
● Aplicando una diferencia de potencial
● Se aceleran partículas cargadas
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¿Como se aceleran las partículas?
● Aplicando una diferencia de potencial
● Se aceleran partículas cargadas
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¿Como se aceleran las partículas?
● Aplicando una diferencia de potencial
● Se aceleran partículas cargadas
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¿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
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¿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?
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¿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!!
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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
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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)
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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
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¿Cómo detectar las partículas?
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¿Cómo detectar las partículas?
Las partículas se analizan con detectores creados con tecnologías muy avanzadas
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● 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?
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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?
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¿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
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¿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
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¿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
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¿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
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Detectores típicos: ATLAS
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Detectores típicos: ATLAS
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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
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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
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Aceleradores más allá de la física de partículas
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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!
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Gracias por la atención
Que aproveche el almuerzo resayuno
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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
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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
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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