EL SUPERACELERADOR

1. EL SUPERACELERADOR L H C LARGE HADRON COLLIDER JAVIER DE LUCAS

2. LARGE HADRON COLLIDER 9 km Large Hadron Collider LHC: 10.000 científicos 1.000 institutos 100 paises

3. TeV El LEP (acelerador e-e+ a 0.1 TeV) ha permitido comprobar el Modelo Estandar (fuerzas electrodébil y fuerte, 6 tipos de quarks y 6 leptones) con tanta precisión que las medidas son sensibles a fenómenos que pasan a energías superiores. Todas las evidencias indican que las respuestas a algunas de les actuales preguntas más relevantes de la Física actual las encontraremos en el entorno del TeV. RAZONES PARA LA CONSTRUCCIÓN DEL LHC protón protón 1 TeV es del orden de la energía cinética de un mosquito volando, pero recordemos que el diámetro de un protón es de 1.66x10-15 m

5. EXPERIMENTOS LHCb Atlas CMS Alice

6. 50 toneladas a 600 km/h a 40 km/h • Parámetros (protones): • Energía: 7 TeV • Campo magnético (dipolo) para 7 TeV: 8.3 T • 3*1014 Protones / haz (agrupados en 3000 bunches) • Corriente: 0.56 A • Luminosidad: 1034 cm2/s Imanes superconductores. Criogenia: 12 millones de litros de nitrógeno líquido se vaporizarán durante el enfriamiento inicial de 31000 toneladas de material y posteriormente 700000 litros de helio líquido serán necesarios para mantenerlo por debajo de 2K. LHC (en grandes números) Energía almacenada: Energía en los dos haces: 0.7 GJ Energía en los imanes: 10.4 GJ Total: 11 GJ En el caso de un quench (energía necesaria =107 protones de 7 TeV) la energía almacenada deberá extraerse de manera controlada para evitar daños.

7. MODELO ESTANDAR • Origen de las masas : bosón de Higgs • El modelo Estandar propone la existencia de un nuevo campo llamado el campo de Higgs. Las partículas adquieren masa interactuando con este campo y cuanto más fuerte sea dicha interacción, más masivas son. • Ello implica la existencia de una nueva partícula: el bosón de Higgs. La teoría no predice su masa, pero sí su ritmo de producción y su modos de desintegración en función de la masa. • ATLAS y CMS están optimizados para descubrir el Higgs en el rango esperado de su masa: 0.1 TeV< MH < 1 TeV • Medidas de precisión de parámetros del Modelo Estandar • top, beauty, tau, QCD, ...

8. MÁS ALLÁ DEL MODELO ESTANDAR • Supersimetría • Es una simetría propuesta entre bosones y fermiones. Cada partícula conocida tiene su compañero supersimétrico. Una de ellas (el “neutralino”) podría explicar la materia oscura del Universo. • Teorías de gran unificación • Pretenden unificar les interacciones conocidas, sin incluir la gravedad, alrededor de 1014 GeV • T.O.E. (Theories of Everything) • Intentan unificar les interacciones conocidas, incluyendo la gravedad, alrededor de 1019 GeV. • Una TOE popular son las cuerdas, que sugieren que todas les partículas observadas son vibraciones de supercuerdas de unos 10-33 cm • Estas TOEs requieren de la existencia de dimensiones extras que todavía no se han observado. Las siguientes afirmaciones son habituales: El LHC descubrirá el Higgs; El LHC descubrirá supersimetría a bajas energías, si existe. ( La primera es prácticamente cierta, la segunda es parcialmente cierta)

9. La idea es estudiar procesos y compararlos con su CP LHCB: EXPERIMENTO DE VIOLACIÓN DE CP • ¿Por qué razón no hay antimateria en el Universo? • Argumentos de Sakharov: • Desintegración del protón • No equilibrio (Big Bang) • Violación de CP (C=cambio de partícula-antipartícula), P=Paridad= r -> -r) Indica violación de CP

10. EXPERIMENTO DEDICADO A IONES PESADOS Física de les interacciones fuertes entre materia a densidades de energía extremas Los quarks y gluones que hoy en día están confinados dentro de protones y neutrones, en densidades extremas de energía estarán demasiado calientes para mantenerse juntos. Este nuevo estado de la materia se conoce como Quark Gluon Plasma, QGP • Evidencias: • Producción de J/Psi (c cbar) disminuye debido a que las condiciones tumultuosas privan que el c y el cbar queden ligados. • Saldrán más parejas de electrones • Saldrán más partículas con quarks extraños.

11. ADQUISICIÓN DE DATOS 1:1012 1:1012 sucesos interesantes

12. 40 MHz (1000 TB/sec) Level 1 - Special Hardware 75 KHz (75 GB/sec) Level 2 - Embedded Processors 5 KHz(5 GB/sec) Level 3 – Farm of commodity CPUs 100 Hz (100 MB/sec) ADQUISICIÓN DE DATOS La solución: El GRID: para procesar todos los datos que se generarán en el LHC se necesitará un red mundial de más de 200.000 ordenadores 100 MB/sec ~ 2 Petabytes/año (1 PB = 103 TB = 106 GB) Europa: 300 institutos, 5000 usuariosElsewhere: 200 institutos, 2000 usuarios

13. PARTICIPACIÓN EN EL LHC CMS LHCb UB (Barcelona) ATLAS IFAE (Barcelona) CNM (Barcelona) CIEMAT (Madrid) IFCA (Santander) USC (Santiago) IFIC (Valencia) UAM (Madrid)

14. RESPUESTAS A PARTIR DEL 2008 • ¿Origen de la masa de las partículas? (¿el Higgs?) • ¿Por qué hay tres tipos de quarks y leptones de cada carga? • ¿Hay un patrón en sus masas? • ¿Hay más tipos de partículas y fuerzas que serán descubiertas a más altas energías (supersimetría?)? • ¿Son los quarks y leptones fundamentales o son compuestos? • ¿Que partículas forman la materia oscura? • ¿Cómo podemos incluir la interacción gravitatoria en el Modelo Estándar actual?

15. EL SUPERACELERADOR L H C LARGE HADRON COLLIDER FIN