Jak dzia ła LHC

Kurs dla polskich nauczycieli fizyki w CERN 19/11/2012

prezenter: Mariusz Sapinski, slajdy: Andrzej SIEMKO CERN, Departament Wiązek

Jak działa LHC

Kurs dla polskich nauczycieli fizyki w CERN 19/11/2012M. Sapinski, A. Siemko

Kompleks akceleratorów w CERN

Akceleratory są to urządzenia badawcze służące do przyspieszania cząstek do prędkości bliskiej prędkości światła oraz do późniejszego ich zderzania z innymi cząstkami.

Zespół akceleratorów w CERN-ie jest największy i najbardziej uniwersalny na świecie. W jego skład wchodzą zarówno akceleratory (przyspieszacze), deakceleratory (spowalniacze) jak i zderzacze (kolizjonery) cząstek elementarnych.

Wykorzystywane są wiązki elektronów, pozytonów, protonów, antyprotonów a także "ciężkich jonów" (jąder atomów takich jak tlen, węgiel, siarka, ołów oraz krotkozyjacych izotopow).

Kurs dla polskich nauczycieli fizyki w CERN 19/11/2012M. Sapinski, A. Siemko

Geneva AirportLHC

CERN Meyrin site

SPS

CERN Prevessin site

CMSATLAS

CERN – GenewaKompleks Akceleratorów


Kompleks akceleratorów w CERN

2004: The 20 member states

????

Kurs dla polskich nauczycieli fizyki w CERN 19/11/2012A. Siemko

Kompleks Akceleratorów w CERNSchemat tuneli LHC i SPS


CERN – najbardziej zaawansowany kompleks akceleratorowy na świecie

Kurs dla polskich nauczycieli fizyki w CERN 19/11/2012A. Siemko 16/04/2007


Akcelerator

Liniowy

(LINAC 2) 1978



Booster

(PSB) 1972



Synchrotron

Protonowy

(PS) 1959

Kurs dla polskich nauczycieli fizyki w CERN 19/11/2012A. Siemko, M. Sapinski

PS, East Hall, instalacja eksperymentu w którym detektory połprzewodnikowe krzemowe i diamentowe) będa naświetlane dużymi dawkami promieniowania w warunkach kriogenicznych.



Synchrotron jonów niskoenergetycznych

(LEIR) 2005



Dezakcelerator

antyprotonow

(AD) 1999



Supersynchrotron

Protonowy

(SPS) 1976



Wielki Zderzacz

elektronow i pozytonow

(LEP) 1989-2001



Wielki Zderzacz

Hadronow

(LHC) 2008


LHC jest podwójnym synchrotronem o ośmiokrotnej symetrii

Energia nominalna: 7 TeV Energia początkowa: 450 GeV Obwód pierścienia: 26658.883 m Średnica pierścienia: ~8.6 km

Pierścień podzielony jest na 8 niezależnych sektorów

8 łuków (ca. 2500m) 8 sekcji prostych (ca. 600m)

Sektor składa sie z 23 komórek ca. 105m

Dwie przeciwbieżne wiazki 4 punkty przecięcia wiązek

A. Siemko

Główne parametry LHC


Parametry wiązek protonów LHC

Częstotliwość obiegu wiązki 11.245 kHz Liczba paczek w wiązce 2808(1380) Liczba protonów w paczce 1.15(1.7) x 1011 Średnica paczki w punkcie zderzeń 16μm Długość paczki 7.55 cm Odstęp miedzy paczkami ~7(14) m Energia wiązki 2 * 360 MJ Prąd wiązki 0.54 A

A. Siemko

Kurs dla polskich nauczycieli fizyki w CERN 20-26/9/2009

Momentum at collision 7 TeV (1 eV = 1,6 × 10-19 Joule)

Number of bunches 2808

Protons per bunch 1.15 1011

Total number of protons 6.5 . 1014 (1 ng of H+)

Energia wiazek LHC

700 MJ może stopić 1 tonę

miedzi

Energia zmagazynowana w 2 wiązkach: 724 MJoule

Energia potrzebna do stopienia 1 tony Cu: 700 MJoule

700 MJ zdysypowane w czasie 88 s

700.106 / 88.10-6 8 TW

Moc wszystkich elektrowni na świecie

3.8 TW

18A. Siemko

Kurs dla polskich nauczycieli fizyki w CERN 19/11/2012 19/35

Protekcja urządzeń nadprzewodnikowych – wyzwania

5-9-2011

Wiązka 100 MJ

Limit “Quenchu”

15-100 mJ/cm3

56 mm


Protekcja urządzeń nadprzewodnikowych

A. Siemko

RH23

RH87

RE52RE48

RE58

RE62

RE72

RE78

RE82

RE12RE88

RE22

RE18

RE28

RE42

RE38

RE68

UJ 46

UA47

UJ 47RA47

UW45

US45

UL46

TX46

UJ 44

UX45

RA43

UA43

UL44

UJ 43 RR53

UJ 53

UXC55

USC55

PM54

PX56

RZ54UP53

UJ 561

UJ 57

RR57

UJ 56

PM56

UL56TU56

UD62

UJ 62

UJ 63

PM65

UJ 64

UA63

RA63

TD68

UP62

UL64

PZ65

PX64

UJ 66

UJ 67

UJ 68

UX65

UA67

RA67

TD68

UD68

UP68

UL66

TX64

UW65 US65

Point 7

RR73

RR77

UJ 76

PM76

TZ76

RA83

UA83

UJ 83

UJ 84

PM85

PX84

PZ85

UX85

TX84

UL86

UA87

RA87 UJ 86

UJ 87

UW85

US85

UL84

TI 8UJ 88

PGC8

TJ 8

RR13

UJ 13

RT12

UJ 14

US15

TI 12

PM15

PX14

UX15

UL14

UJ 12

LSS4

P M I 2

UJ 17

UJ 18

UJ 16TI 18

RR17

PM18 PX16 PX15

USA15

UL16

UJ 22

UJ 23UJ 24

UA23

RA23

TI 2

PGC2

RA27

UJ 26

PX24

UX25

PM25

UW25US25

UL24

UL26

UJ 27 UA27

ALICE

PZ 33

PM32

UJ 32 UJ 33

RZ33

TZ32

CMS

Point 6

LHCb

ATLAS

SPS

PX46PZ45

PM45

RT18

Point 8

Point 5

Point 4Point 3.3

Point 3.2

Point 2

Point 1Point 1.8

ca. 1700 Elektrycznych obwodów

magnesów nadprzewodnikowych

~20000 kanałów zabezpieczających

urządzenia nadprzewodnikowe

4000 monitorów strat wiązki


Monitory promieniowania synchrotronowego

Monitory pozycji wiązki

Monitory strat wiązki

Base-Band-Tune (BBQ)

Jak kontrolujemy wiązki LHC - instrumentacja

Scanery drutowe

Monitory gęstości paczek


0.9993930.9999978

A. Siemko

Kurs dla polskich nauczycieli fizyki w CERN 19/11/2012 23/35

LHC - Nominaly Cykl Pracy

Beam dump

Wstrzykiwanie wiazek

Ogniskowanie

Zderzenia

Stabilna praca

Ramp down 35 mins

Injection ~30 mins

Ramp 17 mins

Squeeze 8 mins

Collide 1 mins

Stable beams 0 – 30 hours


Wstrzykiwanie wiązek do LHC


Przyspieszanie i ogniskowanie wiązek


Produkcja świetlności/fizyki


Ilość danych zarejestrowana do dzisiaj

A. Siemko

W 1/fb danych jest okolo 20000 bozonow Higgsa, rejestrujemy zaledwie drobna czastke z nich


Gdzie jest Higgs?

A. Siemko


Gdzie jest Higgs?

A. Siemko


Podsumowanie

CERN jest największym na świecie laboratorium fizyki cząstek i ma największy kompleks akceleratorów, w tym akcelerator LHC.

Mamy nadzieję, że eksperymenty LHC wyjaśnią wkrótce kilka najważniejszych zagadek przyrody.

W CERN trzynaście tysięcy ludzi z całego świata … jest zafascynowanych pracą badawczą, z entuzjazmem poświęca czas na rozwiązywanie problemów

doświadczalnych i teoretycznych,

LHC jest fantastyczną „maszyną”. Dotychczasowy postęp jest prawdziwym dowodem na moc

nadprzewodnictwa i demonstracją umiejętności i zaangażowania ludzi, którzy budowali LHC.


Dziękuję za uwagę

Życzę Państwu:

zdobycia w CERN inspiracji do tego jak trudne zagadnienia z fizyki przekazać w sposób atrakcyjny i przystępny,

jak również wielu radości z dzielenia się zdobytymi doświadczeniami z młodymi ludźmi w Polsce.

Documents

Jak dzia ła LHC