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.
 
Moitos dos valores que aparecen deseguido son explicados con máis detalle na sección Física no LHC.


Para ter unha impresión do seu tamaño podes ir ao seguinte sitio web que che permite mover ou fixar o seu perímetro sobre calquera zona da xeografía terrestre.
 


Unha vez neste sitio web pódese engadir outros (futuros) colisores, ou concretar un lugar específico onde visualizalos. Por exempo, aquí temos o LHC e o SPS ubicados en Santiago de Compostela.

 
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 átomos como o 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 os 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 (Ver aquí...).

Cando dos feixes colisionan, a enerxía de colisión é a suma das enerxías das dúas partículas que coliden:

√s = 2·√EE2

No caso do LHC: E1 = E2

√s = 2·Eprotón

 (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 paquete teremos:

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, Doctor en Física de Partículas (experimental) pola Universidad de Santiago (USC). Research Fellow in experimental Particle Physics no CERN, desde xaneiro de 2013 a decembroe de 2015. Estivo vencellado ao Depto de Física de Partículas da USC como becario "Juan de la Cierva", "Ramon y Cajal" (Spanish Postdoctoral Senior Grants), e Profesor Contratado Doutor.  Desde 2023 é Profesor Titular de Universidade nese Departamento (ORCID).

Ramon Cid Manzano, foi catedrático de Fïsica e Química no IES de SAR (Santiago - España), e Profesor Asociado no Departamento de Didáctica de Ciencias Experimentais da Facultade de Educación da Universidad de Santiago (España), ata o seu retiro en 2020. É licenciado en Física, licenciado en Química, e Doutor pola Universidad de Santiago (USC).(ORCID).


CERN


CERN WEBSITE

CERN Directory

CERN Experimental Program

Theoretical physics (TH)

CERN Experimental 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

Detector FASER

Detector SND@LHC

 


NOTA IMPORTANTE

Toda a Bibliografía que foi consultada para esta Sección está indicada na Sección de Referencias

 


© Xabier Cid Vidal & Ramon Cid - rcid@lhc-closer.es  | SANTIAGO |

···