Experiment ALICE na urýchlovači LHC

Jaroslav BielčíkKatedra fyzikyFJFI ČVUT Praha

O čom to celé bude…

• Čo je CERN

• Aký je princíp urýchľovača

• Z čoho sa skladá LHC

• Ako zmerať vlastnosti častíc po zrážke

• Z čoho sa skladá experiment ALICE

CERN European Laboratory for Particle Physics

• Najväčší ústav časticovej fyziky na svete pri Ženeve • Vznikol v 1954 - 12 zakladajúcich členských štátov: Belgium, Denmark, France, the Federal Republic of Germany, Greece, Italy, the Netherlands, Norway, Sweden, Switzerland, the United Kingdom, and Yugoslavia

• Medzinárodné pracovisko• V CERN pracuje mnoho českých fyzikov napr. ATLAS, ALICE 3

Veľká časť urýchľovačov a detektorov je pod zemou a vo veľkej vzájomnej vzdialenosti

Skúmanie mikrosvetaDva spôsoby ako skúmať objekty mikrosveta:

•Čakať a zachytiť to čo priletí z Vesmíru vo forme kozmického žiarenia Výhoda: energia 1020 eV; cena Nevýhoda: malý počet, vplyv atmosféry, malá flexibilita

•Urýchliť častice a nechať ich zraziť, sledovať, čo z toho vyletíVyhoda : opakovateľnosť, kontrolovateľné podmienkyNevýhoda: cena LHC 3 miliardy euro, energeticky náročné, limitovaná energia

Čím viac energie častice majú tým menšie rozmery hmoty skúmame

urýchľovač ~ mikroskop

detektor/experiment ~ fotoaparát

p

h

Higher energies means shorter wavelengths.

6

Sila pôsobiaca na nabitú časticu v EM poli Lorentzova sila

BvqEqF

Princíp urýchľovania

Elektrické pole urýchľovanie

Magnetické polezakrivenie

Katóda(-) Anoda(+)

e-

p+

e+ e-

1 eV

7

Typy urýchľovačov Linearny urýchlovač

Kruhový urýchľovač

- V +

Častice sa grupujú, pretože len tie, ktoré narazia na vhodnú polaritu idú ďalej.

Trubice majú zväčšujúcu sa dĺžkuaby zrýchľujúce častice boli Synchronizované so zmenou polarity.

Princíp snchrontronu

V Collideru, zhluky častíc/antičastíc lietajú v kruhu opačným smerom.

Urýchľovač LHC

Super conducting magnets – keep beam inside circle

RF Acceleration: multiple application of the same acceleration voltage; brilliant idea to gain higher energies

9

Heat exchanger

Superconducting coilsBeam pipe

(1015 H2/m3)

Vacuum vessel (10-6

mbar)

Beamscreen

Collars

Iron yoke

Dipole bus-bars

Quadrupole bus-bars

L ~ 15 m8.3 T, 11.87 kAT = 1.9 K, ~27.5 ton

Thermal shield

LHC: The -1232- Main Dipole MagnetsLHC: The -1232- Main Dipole Magnets

required field quality:ΔB/B=10 -4

6 µm Ni-Ti filament

1 mm

10

11

Urýchľovače a LHC experimenty v CERN

Energia:

Linac 50 MeV

PSB 1.4 GeV

PS 28 GeV

SPS 450 GeV

LHC 7 TeV

Častice sú urýchľované postupnev niekoľkých urýchľovačoch.

Urýchľujú sa protóny alebo jadrá olova.

2808 zhlukov po 1011 protónoch I = 0.5 ACelková energie v zväzku: Etot = 3 x 1014 x 7 TeV ~= 300 MJ Energia súpravy TGV pri plnej rýchlosti

Parametre LHC

Ako zmerať vlastnosti častíc po zrážke

• Skúmame udalosti ktoré trvajú fm/c v rozmeroch niekoľko fm

• Čo môžeme vidieť sú častice, čo vyletia von

• Pri jednej zrážke môže vzniknúť tisíce častíc

• Musíme určiť typ častice pión, kaón a pod.

• Musíme určiť energiu, hybnosť

• Preto staviame systémy detektorov napr. ALICE

http://en.wikipedia.org/wiki/A_Large_Ion_Collider_Experiment

http://petermccready.com/

15

ALICE Central Detectors:Inner Tracking SystemTime Projection ChamberTime-of-FlightTransition Radiation Detector*

Spectrometers:RICHPhoton MultiplicityForward MultiplicityPhoton SpectrometerMuon Spectrometer

Calorimeters:Zero Degree CalorimeterEM Calorimeter* 3

Zhrnutie

• Pre skúmanie mikrosveta sú nutné vysoké energie

• Nutnosť budovať urýchľovače

• Elektrické pole urýchľuje, magnetické pole drží v kruhu

• Na skúmanie vlastností hmoty nutné zaznamenať tisíce častíc

• Nutnosť budovať detekčné systémy ALICE