Christian Hansen CERN BE-ABP

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

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

Europeiska Laboratoriet för Partikel Fysik

ö Varför har partiklar massa? Higgs bosonen?

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

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

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?

Energi = Materia

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

Linjära Acceleratorer Circulära Acceleratorer

Stationära Mål Kolliderande Strålar

Världens största och kraftfullaste accelerator är CERNs LHC

Världens största och kraftfullaste accelerator är CERNs LHC 27 km

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

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

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

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

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)

v = 0.999999c v = 0.999c v = 0.9c v = 0.3c Protonerna Startar Här

v = 0.999999c v = 0.999c LHC: v = 0.99999999c v = 0.9c v = 0.3c Protonerna Startar Här

Laddning: Enheten e = 1.60217733 10-19 Coulomb Energi: Enheten ev = 1.60217733 10-19 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 = 1.78266 10-36 kg - Används ofta tack vare Einstein s E=mc 2

450 GeV 25 GeV 1.4 GeV 50 MeV Protonerna Startar Här

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

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

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

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

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

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

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

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

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 -271.3 C supraledande 13 ka 28 ton/dipol kyld till 1.9 K 120 ton supra-fluid Helium behövs för LHCs 1200 dipoler

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

ä Vanliga kvadrupol magneter LHCs supraledande kvadrupol magneter

ATLAS CMS

LHCb ATLAS CMS

LHCb ATLAS CMS ALICE

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

LHCs nominella luminositet är 10 34 cm -2 s -1 vilket kommer uppnås genom: 1.1e11 protoner i varje bunch 2808 bunchar i varje stråle v = c 11000 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

LHCs nominella luminositet är 10 34 cm -2 s -1 vilket kommer uppnås genom: LHCs Integrerande Luminositet 1.1e11 protoner i varje bunch 2808 bunchar i varje stråle v = c 11000 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

http://op-webtools.web.cern.ch/op-webtools/vistar/vistars.php