Εκπαίδευση

1. Μελλοντικοί Επιταχυντές στο CERN Έρευνα και Ανακάλυψη Τεχνολογία Συνεργασία Εκπαίδευση Καθ. Εμμανουήλ Τσεσμελής (CERN) Αθήνα - 22Νοεμβρίου 2010

2. Μεγάλα και Αναπάντητα Ερωτήματα

3. Το Σύμπαν

4. Οι Διαστάσεις του (Μικρό-) κοσμου

5. Μέθοδοι της Σωματιδιακής Φυσικής

6. Εισαγωγή - Επιταχυντές Ιστορικά, η φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων εξαρτάται από την πρόοδο στο σχεδιασμό των επιταχυντών για την προώθηση της επιστήμης. κύκλοτρο συγχροκύκλοτρο  σύγχροτρο  collider (κυκλικός, γραμμικός). Η πρόοδος στο σχεδιασμό του επιταχυντή και των επιδόσεων απαιτούν αντίστοιχες επενδύσεις σε τεχνολογίες αιχμής. Μαγνήτες, συστήματα κενού, RF συστήματα, διαγνωστική, ... Το κόστος & η διάρκεια των έργων του επιταχυντή σήμερα είναι υψηλά. Η διεθνής συνεργασία είναι απολύτος αναγκαία

7. Colliders – Ενέργεια Συναρτήσει του Χρόνου pp and e+e- colliders έχουν τεθεί σε λειτουργία ταυτόχρονα

8. Οι Εγκαταστάσεις του CERN

9. Ο Μεγάλος Αδρονικός Επιταχυντής LHC 7 TeV p + 7 TeV Φωτεινότητα = 1034cm-2sec-1 Τα αποτελέσματα του LHC θα καθορίσουν το μέλλον της Φυσικής των Στοιχειωδών Σωματιδίων

10. ΧρειαζόμαστεΜεγάλουςΑνιχνευτές 43 μ 7000 T (ίδια ποσότητα σιδήρου με τον πύργο του Eiffel) 22 μ 10 T. Virdee, ICHEP08

11. Το Πείραμα ATLAS

13. Το Σωματίδιο Higgs στο LHC εκ.

14. CERN: Επιστημονική Στρατηγική • Πλήρης αξιοποίηση της δυναμικής του προγράμματος φυσικής LHC • Αξιόπιστη λειτουργία (συμπεριλαμβανομένης της εδραίωσης του LINAC4) • Εξάλειψη εμποδίων ώστε να μεγιστοποιηθούν τα προνόμια από την ονομαστική φωτεινότητα (nominal luminosity)τόσο για τη μηχανή όσο και για τους ανιχνευτές • Εστιασμένη R&D και prototyping για υψηλή φωτεινότητα(High-Luminosity) LHC (HL-LHC) • Προετοιμασία για το μακροπρόθεσμο μέλλον (>2015) • Ενεργειακά όρια • ΣυνεργασίαCLIC/ILCκαι R&D (για ανιχνευτές και μηχανή) • Γενική R&D για Υψηλής Ενέργειας LHC (HE-LHC; δηλ. μαγνήτες υψηλού πεδίου) • R&D για μεγάλης ισχύος πηγές πρωτονίων (HP-SPL) π.χ.για φυσική νετρίνων • Παγκόσμιας κλάσης πρόγραμμα φυσικής με σταθερούς στόχους (fixed-target)

15. Η Στρατηγική του LHC Πλήρης αξιοποίηση της δυναμικής του προγράμματος φυσικής LHC  Μεγιστοποίηση ολοκληρωμένης φωτεινότητας χρήσιμης για τη Φυσική • - Λειτουργία του LHC μέχρι περίπου το έτος 2030, στόχος ∫Ldt ≈ 3000 fb-1 • - Μεταξύ 2010 και 2020: ~σχεδιασμός φωτεινότητας (~1034/cm2/s) • - Σύνδεση του LINAC4 το 2016 • - Εξάλειψη εμποδίων (e.g. SPS) • - Τροποποιήσεις στους ανιχνευτές για βέλτιστη συλλογή δεδομένων • Υψηλή Φωτεινότητα LHC (HL-LHC) από ~2020 μέχρι ~2030 • - Φωτεινότητα περίπου 5x1034/cm2/s, Φωτεινότητα σε διάφορα επίπεδα • - Νέα εσωτερική τριπλέτα (Inner Triplet) γύρω στο έτος 2020/21 • - Αναβάθμιση ανιχνευτών περίπου το έτος 2020/21  R&D ΤΩΡΑ

16. Αναβάθμιση LHC Nέες μελέτες έχουν ξεκινήσει • Στόχοι • Μεγιστοποιήση της ωφέλιμης ολοκληρωμένης φωτεινότητας κατά τη διάρκεια ζωής του LHC • Στόχοι που έχουν τεθεί από τα πειράματα:3000fb-1μέχρι το τέλος της ζωής του LHC→ 250-300fb-1ετησίως κατά τη δεύτερη δεκαετία λειτουργίας του LHC • Ελέγχος της συνοχή των αναβαθμίσεων σε σχέση με περιορισμούς • επιδόσεων του επιταχυντή. • Ανάγκες από τα πειράματα. • Ανθρώπινο δυναμικό. • Προγραμματισμός τεχνικών διακοπών λειτουργείας, • συμπεριλαμβανομένων και των ανιχνευτών.

17. Σημερινή και Μέλλοντικοί Πιθανοί Injectors Proton flux / Beam power Linac4 Linac2 50 MeV 160 MeV (LP)SPL PSB 1.4 GeV 4 GeV (LP)SPL: (Low Power) Superconducting Proton Linac (4-5 GeV) PS2: High Energy PS (~ 5 to 50 GeV – 0.3 Hz) SPS+: Superconducting SPS (50 to1000 GeV) SLHC: “Superluminosity” LHC (up to 1035 cm-2s-1) DLHC: “Double energy” LHC (1 to ~14 TeV) PS 26 GeV PS2 50 GeV Output energy SPS SPS+ 450 GeV 1 TeV LHC / SLHC DLHC 7 TeV ~ 14 TeV

18. Γιατί Χρειαζόμαστε την Αναβάθμιση των Injectors; Ανάγκη για αξιοπιστία: • Οι προ-επιταχυντές (injectors) είναι πεπαλαιωμένοι [LINAC2 (1978), PSB (1975),PS (1959), SPS (1976)]. • Λειτουργούν μακριά από τις παραμέτρους του σχεδιασμού τους και σχεδόν στα όρια του εξοπλισμού. • Η υποδομή έχει υποστεί αλλοιώσεις από τη συγκέντρωση των πόρων για LHC κατά τη διάρκεια των τελευταίων 10 ετών. • Ανάγκη για καλύτερα χαρακτηριστικά της δέσμης.

19. Διάταξη των Πιθανών Νέων Injectors SPS PS2 ISOLDE PS SPL Linac4

20. Linac4 Πολιτική Μηχανική Equipment building ground level Linac4 tunnel Linac4-Linac2 transfer line Low-energy injector Access building

21. Η Περιοχή Αλληλεπίδρασης στο ATLAS

22. Linac I Linac II Αρχικά Σχέδια Γραμμικού Επιταχυντή • O επόμενος επιταχυντής ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων – π.χ. • Συμπαγής Γραμμικός Επιταχυντής (CLIC): • Ενέργεια στο κέντρο μάζας: 0.5 - 3 TeV • Φωτεινότητα: > 1034cm-2s-1 Kυκλικός επιταχυντής χάνει πολύ ενέργεια, DE ~ E4  δύο γραμμικοί επιταχυντές με το πείραμα στο κέντρο • Συνολικό κέρδος ενέργειας σε ένα πέρασμα: υψηλή βαθμίδα επιτάχυνση. • Η δέσμη μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο μια φορά: μικρών διαστάσεων διασταύρωση στο σημείο των πειραμάτων.

23. Ο Γραμμικός Επιταχυντής 30-40 km

24. International Linear Collider Αρχική Σχεδίαση 250 250 Gev 250 Gev • e+ e- ILC Linear Collider • Energy 250 Gev x 250 GeV • Peak luminosity 2 1034 • Total power ~230 MW • Accelerating Gradient 31.5 MeV/m

25. Το Σχέδιο CLIC Η επιλογή της τοποθεσίας του CLIC είναι ανεξάρτητη από την ανάπτυξη των τεχνολογιών που απαιτούνται για του e+ / e- γραμμικού collider σε πολυ-TeV ενέργεια. Ecmείναι συμπληρωματική εκείνης του LHC & ILC Ecm = 0.5 – 3 TeV L > 1034 cm-2 s-1 Ελαχιστοποίηση της κατανάλωσης ενέργειας και κόστους.

26. CLIC Παράμετροι

27. CLIC Γενική Διάταξη

28. CLIC Βασικά Χαρακτηριστικά Yψηλή βαθμίδα επιτάχυνσης: > 100 MV/μ “Συμπαγής” collider – συνολικό μήκος < 50 χμ.στα 3 TeV Normal conducting σύστημα επιτάχυνσης σε υψηλή συχνότητα. Καινοτόμο σύστημα επιτάχυνσης Οικονομικά αποδοτική, αποτελεσματική. Μία σήραγγα. Modular, εύκολη αναβάθμιση της ενέργειας σε στάδια. QUAD QUAD POWER EXTRACTION STRUCTURE ACCELERATING STRUCTURES BPM CLIC Διατομή Σήραγγας 4.5 m diameter Main beam – 1 A, 156 ns from 9 GeV to 1.5 TeV 100 MV/m Drive beam - 95 A, 240 ns from 2.4 GeV to 240 MeV 12 GHz – 64 MW

29. Σήραγγα CLIC DB turn-around DB dump UTRA cavern Standard tunnel with modules

30. Γενικός Σχεδιασμός Ανιχνευτή Πολλές μελέτες R&D για ανιχνευτές είναι σε εξέλιξη

31. Παγκόσμια CLIC Συνεργασία 32 ινστιτούτα με19 φορείς χρηματοδότησης από 17 χώρες Oslo University (Norway) Patras University (Greece) PSI (Switzerland), Polytech. University of Catalonia (Spain) RAL (England) RRCAT-Indore (India) Royal Holloway, Univ. London, (UK) SLAC (USA) Svedberg Laboratory (Sweden) Thrace University (Greece) Uppsala University (Sweden) Ankara University (Turkey) Argonne National Laboratoory, (USA) Athens Tech. University (Greece) Berlin Tech. Univ. (Germany) BINP (Russia) CERN CIEMAT (Spain) Finnish Industry (Finland) Gazi Universities (Turkey) JINR (Russia) JLAB (USA) KEK (Japan) Karlsruhe Univ. (Germany) LAL/Orsay (France) LAPP/ESIA (France) LLBL/LBL (USA) NCP (Pakistan) North-West. Univ. Illinois (USA) IRFU/Saclay (France) Helsinki Institute of Physics (Finland) IAP (Russia) IAP NASU (Ukraine) Instituto de Fisica Corpuscular (Spain) INFN / LNF (Italy) J.Adams Institute, (UK) JASRI (Japan) Ε.Ν. Γαζής / ΕΜΠ 31

32. Η Σημερινή Ελληνική Συμμετοχή στο CLIC • Ελληνικά Πανεπιστήμια: Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο (ΕΜΠ) Πανεπιστήμιο Πατρών Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης Η επιστημονική κοινότητα συνεχίζει να οικοδομεί νέα τεχνολογικά μέσα μοναδικές επιταχυντές δεσμών με σκοπό την προώθηση της τεχνολογίας και την ανακάλυψη νέων φαινομένων πέραν της λειτουργίας τουΜεγάλου Αδρονικού Επιταχυντή LHC. Καλούνται όλα τα ΑΕΙ της χώρας να συμμετάσχουν με, ΝΕΑΡΟΥΣ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΕΣ & ΕΡΕΥΝΗΤΕΣ !!! (Φυσικοί ΚΑΙ Μηχανικοί)

33. Περίληψη και Συμπεράσματα • Ύψιστη προτεραιότητα της κοινότητας φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων είναι νααξιοποιηθεί πλήρως το δυναμικό της φυσικής του LHC. • Η Ευρωπαϊκή Στρατηγική για την Φυσική των Στοιχειωδών Σωματιδίων ενσωματώνει μια σειρά νέων έργων επιταχυντών για το μέλλον. • Η ανάγκη να ανανεωθεί το LHC είναι αναγνωρισμένη και σχετικά έργα / μελέτες έχουν αρχίσει. • Το κύριο κίνητρο για την αναβάθμιση της φωτεινότητας του LHC είναι να διερευνήσει περαιτέρω την φυσική πέρα από το Καθιερωμένο Μοντέλο, ενώ την ίδια στιγμή που συμπληρώνει το Καθιερωμένο Μοντέλο της φυσικής που ξεκίνησε στο LHC. • Πολλά από τα ανοικτά ζητήματα από το LHC θα μπορούσαν να αντιμετωπιστεί καλύτερα από γραμμικούς επιταχυντές. • Ένας επιταχυντής ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων (ILC ή CLIC), στο οποίο όλοι-το κέντρο της μάζας-ενέργειας που διατίθενται για τις συγκρούσεις μεταξύ των συγκρουόμενων στοιχειώδη σωματίδια. • Αυτές οι νέες πρωτοβουλίες θα οδηγήσουν τη σωματιδιακή φυσική στις επόμενες δεκαετίες.