Christian Hansen CERN BE-ABP

Transkript

1 Christian Hansen CERN BE-ABP

2 LHC - Vart, Varför och Hur? Acceleration och Gruppering Böjning Fokusering Kollision

3 LHC - Vart, Varför och Hur? Acceleration och Gruppering Böjning Fokusering Kollision

4 1952 C onseil E uropéen pour la R echerche = Europeiska Rådet N ucléaire för Nukleär Forskning 1954 Organisation Européen pour la Recherche Nucléaire = Europeiska Organisationen för Nukleär Forskning

5

6 Europeiska Laboratoriet för Partikel Fysik

7 ö

8 ö Varför har partiklar massa? Higgs bosonen?

9 ö Varför har partiklar massa? Higgs bosonen? Vad består 96% av Universum av? Mörk materia?

10 ö Varför har partiklar massa? Higgs bosonen? Vad består 96% av Universum av? Mörk materia? Vart tog all antimateria vägen? CP violation?

11 ö Varför har partiklar massa? Higgs bosonen? Vad består 96% av Universum av? Mörk materia? Vart tog all antimateria vägen? CP violation? Hur såg materia ut precis efter Big Bang?

12 Energi = Materia

13 Energi = Materia

14 Acceleratorer Maskiner som kallas Acceleratorer används för att accelerera and kollidera partiklar Christian Hansen, BE-ABP, CERN Oct 27, 2011

15 Linjära Acceleratorer Circulära Acceleratorer

16 Stationära Mål Kolliderande Strålar

17 Världens största och kraftfullaste accelerator är CERNs LHC

18 Världens största och kraftfullaste accelerator är CERNs LHC 27 km

19 Världens största och kraftfullaste accelerator är CERNs LHC 27 km -100 m

20 Large Hadron Collider Världens största och kraftfullaste accelerator är CERNs LHC 27 km -100 m -271 C Christian Hansen, BE-ABP, CERN Oct 27, 2011

21 Large Hadron Collider Världens största och kraftfullaste accelerator är CERNs LHC 27 km -100 m -271 C 70 starkare än föregående acceleratorer Christian Hansen, BE-ABP, CERN Oct 27, 2011

22 ä é Grupper ( bunchar ) med partiklar accelereras i maskinen Elektriskt Fält Grupperar Accelererar Oscillerande Elektriskt Fält Magnetiska Fält Böjer Fokuserar Magneter

23 LHC - Vart, Varför och Hur? Acceleration och Gruppering Böjning Fokusering Kollision

24 LHC - Vart, Varför och Hur? Acceleration och Gruppering Böjning Fokusering Kollision

25

26 Energi Acceleration = Energi ökning eftersom hastigheten har mättats vid c Hastighet (Vid högre energier minskar t.o.m. omloppsfrekvensen när energin ökar eftersom radien ökar lite, men v nästan inte alls)

27 v = c v = 0.999c v = 0.9c v = 0.3c Protonerna Startar Här

28 v = c v = 0.999c LHC: v = c v = 0.9c v = 0.3c Protonerna Startar Här

29 Laddning: Enheten e = Coulomb Energi: Enheten ev = Joule Massa: - En elektron-volt är energin som en elektron får när den rör sig i vakuum mellan två punkter som har spännings skillnaden 1 Volt Enheten ev/c 2 = kg - Används ofta tack vare Einstein s E=mc 2

30 450 GeV 25 GeV 1.4 GeV 50 MeV Protonerna Startar Här

31 450 GeV 25 GeV LHC: 7 TeV 1.4 GeV 50 MeV Protonerna Startar Här

32 En elektromagnetisk våg Accelererar protonerna till högre energier Grupperar protonerna i bunchar

33 Gruppering och Acceleration av strålen utförs av Radio Frekvens Caviteter Håligheter i vakuum röret Sinusoscillerande spänning Ger energikick till partiklar som passerar

34 LHC - Vart, Varför och Hur? Acceleration och Gruppering Böjning Fokusering Kollision

35 LHC - Vart, Varför och Hur? Acceleration och Gruppering Böjning Fokusering Kollision

36 ö ä Strålen böjs med magneter som har två poler; Dipoler I

37 ö ä Strålen böjs med magneter som har två poler; Dipoler I

38 ö ä Strålen böjs med magneter som har två poler; Dipoler I

39 ö ä Strålen böjs med magneter som har två poler; Dipoler I

40 ö ä Strålen böjs med magneter som har två poler; Dipoler S N I

41 ö ä Strålen böjs med magneter som har två poler; Dipoler S N I F x = qv s B y F r = mv2 s ρ Bρ = p q F x = F r p = mv s Magnetisk Rigiditet

42 LHC Dipolernas Styrka fås av LHCs effektiva böjnings radie är ρ = ⅔R = 2.8 km Båda strålarna ska ha rörelsemängd p = 7 TeV Bρ = p q

43 Protoner åker både med- och moturs i LHC Två vakuum rör behövs Med magnetfält i motsatta riktning

44 Protoner åker både med- och moturs i LHC Två vakuum rör behövs Med magnetfält i motsatta riktning

45 8.3 T är 30 ggr starkare än LEP magneterna 900 ggr mer hetta (eftersom P ~ I 2 ) Magnetisk mättnad av järn: 2 T Lösning: Niobium-Titanium kablar Kyld till C supraledande 13 ka 28 ton/dipol kyld till 1.9 K 120 ton supra-fluid Helium behövs för LHCs 1200 dipoler

46 LHC - Vart, Varför och Hur? Acceleration och Gruppering Böjning Fokusering Kollision

47 LHC - Vart, Varför och Hur? Acceleration och Gruppering Böjning Fokusering Kollision

48 ä Strålen fokuseras med magneter med fyra poler: Kvadrupoler Q D Q F + Q F fokuserar partikeln horisontellt och defokuserar den vertikalt Q D fokuserar partikeln vertikalt och defokuserar den horisontellt Alternerande Q F och Q D ger totalt fokuserande

49 ä Vanliga kvadrupol magneter LHCs supraledande kvadrupol magneter

50 LHC - Vart, Varför och Hur? Acceleration och Gruppering Böjning Fokusering Kollision

51 LHC - Vart, Varför och Hur? Acceleration och Gruppering Böjning Fokusering Kollision

52

53

54 ATLAS

55 ATLAS CMS

56 LHCb ATLAS CMS

57 LHCb ATLAS CMS ALICE

58 Händelse Takt = Luminositet Tvärsnitt Tvärsnitt = sannolikhet att en händelse inträffar Luminositet = antalet kollisioner per cm 2 och sekund Antalet Bunchar i Strålen Revolution Frekvensen L = f rev N B n 1 n 2 4π ε x β xε y β y Antalet Partiklar per Bunch i Stråle 1 F Faktor för vinkeln mellan strålarna vid kollision Emittansen Amplitud Funktionen, β x, vid Kollisions Punkten

59 LHCs nominella luminositet är cm -2 s -1 vilket kommer uppnås genom: 1.1e11 protoner i varje bunch 2808 bunchar i varje stråle v = c varv/sekund 7 m mellan buncharna (25 ns) ε = 3.75 µm och β * = 0.55 m 31.6 million bunch-krockar per sekund 600 millioner proton krockar per sekund filtreras ner till 200 sparade krockar per sekund per detektor

60 LHCs nominella luminositet är cm -2 s -1 vilket kommer uppnås genom: LHCs Integrerande Luminositet 1.1e11 protoner i varje bunch 2808 bunchar i varje stråle v = c varv/sekund 7 m mellan buncharna (25 ns) ε = 3.75 µm och β * = 0.55 m 31.6 million bunch-krockar per sekund 600 millioner proton krockar per sekund filtreras ner till 200 sparade krockar per sekund per detektor

61

62

63

64

65

66