LHC en marcha

Achegándonos ao LHC


A fonte de protóns (proton source) é onde todo comeza no CERN.

(Unha nova fonte de ions estará en operación no Linac4 en 2017-18)

Para "fabricar" os protóns, inxéctase gas hidróxeno dentro dun cilindro de metal -Duoplasmatron- para que un campo eléctrico disocie os átomos en protóns e electróns. Este proceso da lugar a un 70 % de protóns.

Os protóns acelerados cuns 100 kV son enviados para seren focalizados e acelerados noCuadrupolo de Radio Frecuencia (QRF) de onde saen cunha enerxía de 750 keV. S on enviados a continuación ao acelerador lineal (LINAC2que os acelera ata os 50 MeV. Os protóns cruzan o LINAC2 nuns poucos microsegundos.
 
O Linac2 será reemprazado polo novo acelerador lineal Linac4  despois da longa parada 2019-2020 (Long Shutdown 2).

 

Fonte de Protóns

 

Cuadrupolo de RF - 90 KeV

 

LINAC2 - 50 MeV


Cando saen do Linac2 entran no primeiro acelerador circular de catro aneis de 157 m de circunferencia, Proton Synchrotron Booster, para sair del con 1.4 GeV, sendo o tempo de operación de 530 ms. A liña de conexión desde o Linac2 co PSB  ten unha lonxitude de 80m.  20 cuadrupolos magnéticos focalizan o feixe de protóns e otros 10 imáns o curvan e dirixen, tardando menos dun microsegundo en ser inxectados no acelerador circular de 628 m Proton Synchrotron (PS) onde serán acelerados ata os 25 GeV.  
No PS os protóns poden ou seren acelerados/manipulados/extraidos en 1025 ms,  ou esperar 1.2 segundos máis antes de seren acelerados se forman parte do primeiro paquete inxectado desde o PSB. O PS é o responsable de crean o espazamento de 25 ns entre paquetes.

Tripletes de 81 paquetes son enviados ao acelerador circular de 7 km de perímetro Super Proton Synchrotron (SPS) onde esperarán 10.8, 7.2, 3.6, ou cero segundos se forman parte do primeiro, segundo, terceiro, ou cuarto grupo inxectado desde o PS to the SPS. O SPS aceléraos ata 450 GeV en 4.3 segundos, e son enviados ao  LHC.

 

 

PS Booster    1.4  GeV

 

Proton Synchrotron 25  GeV

 

Super PS   450 GeV

 

LINAC4 - 160 MeV

Polo tanto, o tempo que vai desde a fonte de protóns ata o SPS está entre:

0.53 + 1.025 + 4.3 = 5.86 segundos

e

0.53 + 1.2 + 1.025 + 10.8 + 4.3 = 17.86 segundos


Os protóns son transferidos ao LHC (en ámbolos dous sentidos), en 12 "superciclos" de 234 paquetes. O tempo de enchido de 4’20’’.

No LHC os protóns teñen que agardar ata 20 minutos no nivel enerxético de 450 GeV de inxección antes dos 25 minutos necesarios para seren acelerados ata os 7 TeV. Eses 45 minutos dominan o tempo de tránsito.

LHC 7 TeV (protón)

(2,76 TeV/nucleón iones de Pb)


LHC en vivo


Os dos feixes de partículas permanecen no colisionador, á máxima enerxía, unhas 10 horas.  É o chamado "beam lifetime" (tempo de vida do feixe). Nese tempo, os protones terán realizado cuatrocentos millóns de revolucións dentro da máquina.

En cada volta, un certo número de protóns son perdidos. Esto é debido á eficacia limitada dos sistemas magnéticos que controlan os feixes, interaccións coas moléculas do gas residualnos tubos de baleiro, interacción culombiana cos protóns que veñen en sentido contrario nas zonas de colisión, son algunhas das razóns destas pérdidas de partículas do feixe. Ademais,prodúcese a interacción, tamén culombiana, entre os protóns que forman os paquetes (bunches) que conforman o feixe. Como os protóns oscilan lixeiramente arredor da súa traxectoria circular, poden entrar en contacto con outros protóns do mesmo paquete, podendo haber modificacións nos seus momentos lineais que provocan a súa inestabilidade. Os sistemas multipolares magnéticos non poderán correxir eses cambios, xerándose a perda desas partículas no tubo de baleiro. Esto é o que se coñece como efecto Touschek, en honra do físico austríaco Bruno Touschek.

Estes movementos caóticos poden chegar ao extremo de descontrolar o feixe, o que provocaría a trasferencia de enerxía sobre o sistema crioxénico, o que implicaría a perda das condicións de superconductividade (quenching), que tería moi negativas consecuencias. Por iso, baleirar os tubos (dumping) faise preciso, para desde o SPS inxectar unha nova colección de paquetes no LHC.

Así que despois de 10 h de colisións o feixe de partículas debe ser extraído. O campo magnético dos dipolos magnéticos baixa ata os 0.54 T, permanecendo así entre 20–40 min.  Neste período de tempo o proceso de inxección é repetido e os dipolos volven a acadar os 8.3 T fara iniciarse outro ciclo de colisións a alta enerxía. A máquina está deseñada para soportar uns 20000 ciclos deste tipo en 20 anos de vida útil, e asemade entre 20–30 ciclos térmicos.

AUTORES


Xabier Cid Vidal, Doutor en Física de Partículas (experimental) pola USC. Research Fellow in experimental Particle Physics no CERN, desde xaneiro de 2013 a decembro de 2015. Actualmente está no Depto de Física de Partículas da USC  ("Ramon y Cajal", Spanish Postdoctoral Senior Grants).

Ramon Cid Manzano, profesor de Física e Química no IES de SAR de Santiago de Compostela, e Profesor Asociado no Departamento de Didáctica das Ciencias Experimentais da USC. É licenciado en Física e en Química, e é Doutor pola Universidade de Santiago (USC).

CERN


CERN WEBSITE

CERN Directory

CERN Experimental Program

Theoretical physics (TH)

CERN 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

 


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 |

···