LHC

Achegándonos ao LHC

LHC é o máis potente dos aceleradores de partículas do mundo e está ubicado no CERN sobre a fronteira franco-suiza.

Utiliza parte da estrutura do anterior acelerador LEP, cunha circunferencia de 27 km e situado a unha profundidade media duns 100 m baixo terra.
 
Na sección FÍSICA NO LHC presentamos os principais parámetros do LHC. Aquí, introducimos en breve algúns deles.
 

L A R G E (Gran) :

O tamaño dun acelerador está relacionado coa máxima enerxía obtible. No caso dun colisor circular esa enerxía é función do radio da máquina e da intensidade do campo magnético dipolar que "dirixe" as partículas nas súas órbitas. O LHC utiliza algúns dos máis potentes dipolos magnéticos e cavidades de radiofrecuencia que existen.

 

As dimensións do túnel, imáns, cavidades e outros elementos importantes da máquina, representan os principais condicionamentos que determinan o deseño do acelerador para lograr unha enerxía de 7 TeV por protón. Hai oito ascensores para baixar ao túnel, e aínda que se trata dunha viaxe cunha soa parada leva un minuto completo realizar o descenso (ou ascenso). Para se mover entre os oito puntos de acceso os científicos e técnicos usan bicicletas, ás veces para percorrer varios quilómetros. O LHC é automáticamente operado desde a sala de control central, e unha vez está en marcha soamente enxeñeiros e técnicos teñen acceso ao túnel para labores de mantemento.


H A D R O N (Hadrón):

No LHC aceléranse dous feixes de partículas do mesmo tipo, sexan protóns ou ións de Pb, que pertencen á familia dos hadróns.

Un hadrón, é unha partícula composta de quarks e que "sinte" a interacción forteExemplos familiares de hadróns son os protóns e os neutróns.

Hai dous tipos de hadróns: os barions (formados por tres quarks, como os protóns e neutróns) e os mesóns (formados por un quark e un antiquark, como so pións e os mesóns B).

 

 


C O L L I D E R (Colisor):

Un colisor (máquina onde feixes de partículas coliden circulando en sentidos contrarios) ten unha gran vantaxe sobre aceleradores onde os feixes coliden cun branco estacionario.

Cando dos feixes colisionan, a enerxía de colisión é a suma das enerxías dos dous feixes:

(√s = 2·E)  -->   E =2·Ebeam

 (máis información aquí... )

 No LHC a enerxía total de colisión de deseño é:

E =14 TeV


Como xa se ten dito, o LHC foi instalado nun túnel xa existente onde  estivo funcionando o anterior gran colisor, LEP. Este túnel ten un diámetro de 3.0 m. Tomando a aproximación de que a súas dimensións son semellantes ao dun túnel recto do mesmo diámetro.

Calculemos o seu volume:

V = π·r2 ·L  ⇒  V = π·1,52·27000 ⇒  V = 191000 m3

A masa de rocha excavada para formar o túnel, tomando  5000 kg/m3 de densidade media.  

M= d·V    ⇒  M = 5000·191000  ⇒  M = 10 6 toneladas

76 piscinas olímpicas poderían ser enchidas con esa rocha extraída.


Nos tubos polos que os feixes viaxan precísase un alto baleiro. A presión no interior é nalgúns sectores do orde dunha cen billonésima de atmosfera (10-9 Pa).

Os protóns van "empaquetados" en grupos (bunches) de 7,48 cm de lonxitude e cunha secciónde 1 mm2 cando están lonxe das zonas de interacción, e de 16 x16 μm nas zonas de interacción (detectores).

Con esta sección poderase alcanzar un número de colisións de:

1034  por  cm2 e segundo (luminosidade).

 
Os paquetes (bunches) de protóns distan entre sí 7,5 m.  Considerando que se moven á velocidade da luz, podemos calcular outro importante parámetro:
tempo entre bunches = 7,5/3·108
Bunch spacing = 2,5·10-8 s
 
Bunch spacing = 25 ns

Por outra parte, cunha circunferencia de 27 km debería haber:

26659 / 7,5 ~ 3550  bunches.


Porén, para permitir unha correcta secuencia de bunches inxectados no anel, e para poder insertar novos "paquetes", cando son extraídos outros que xa non son operativos, é necesario dispoñer de espazo suficiente (Para unha máis completa discusión preme aquí...).

O número efectivo de "bunches" é de 2808.

Por tanto a ratio de "bunches con protóns" é: f = (2808/3550)  0,8
 
 
Catro instantáneas do perfil do feixe de protóns.

Como hai uns 11245 cruces por segundo, de cada paqueteteremos:

11245 x 2808 ~ 32 millóns de cruces/s , que é o chamado "average crossing rate "

E cunha media de 20 colisións por cruce, teremos que o número de colisións por segundo é

20 x 32 millóns de cruces/s  600 millóns colisión/s

Se considerasemos os 3550 bunches teóricos: 11245 x 3550 ~ 40 millóns de cruces  ⇒ 40 MHz

Discusión máis completa aquí...


 
 

AUTORES


Xabier Cid Vidal, Doutor en Física de Partículas (experimental) pola USC. Research Fellow in experimental Particle Physics no CERN, desde xaneiro de 2013 a decembro de 2015. Actualmente está no Depto de Física de Partículas da USC  ("Juan de la Cierva", Spanish Postdoctoral Junior Grants).

Ramon Cid Manzano, profesor de Física e Química no IES de SAR de Santiago de Compostela, e Profesor Asociado no Departamento de Didáctica das Ciencias Experimentais da USC. É licenciado en Física e en Química, e é Doutor pola Universidade de Santiago (USC).

CERN


CERN WEBSITE

CERN Directory

CERN Experimental Program

Theoretical physics (TH)

CERN Physics Department

CERN Scientific Committees

CERN Structure

CERN and the Environment

LHC


LHC

Detector CMS

Detector ATLAS

Detector ALICE

Detector LHCb

Detector TOTEM

Detector LHCf

Detector MoEDAL

 

 


© Xabier Cid Vidal & Ramon Cid - rcid@lhc-closer.es  | SANTIAGO | Modelo baseado no deseno da web do CERN

···