Multipolos magnéticos

Achegándonos ao LHC

Ademais de curvar axeitadamente a traxectoria dos protóns, é tamén preciso focalizalos. En efecto, dado que os protóns se repelen entre eles o feixe de protóns tende a diverxer e daquela a chocar coas paredes interiores do tubo. A conseguinte deposición de enerxía podería causar a perda das condicións de superconductividade no imán ("quench").

Esta focalización é conseguido con cuadrupolos magnéticos, os cales actúan sobre o feixe de partículas cargadas (protóns neste caso) do mesmo xeito que as lentes o fan sobre a luz (por iso fálase de "óptica magnética").
 

 

Así, imaxinemos que as partículas positivas (protóns no LHC) veñen desde a dereita da imaxe.

O primeiro cuadrupolo toma o control sobre a dirección horizontal do feixe contraéndoo nesa dirección, mentres que o segundo cuadrupolo fai o mesmo na dirección vertical.

Os dous cuadrupolos traballando conxuntamente manteñen os protóns estreitamente empaquetados para que o maior número de colisións podan ocorrer.

Os que focalizan no plano horizontal son chamados QF  e os que o fan no vertical son referidos como QD.

 

 

Nos arcos a máquina contén alternadamente  cuadrupolos QF e QD, polo que o efecto global é manter o feixe enfocado.

O efecto alternativo de focalización provoca nos protóns unha oscilación arredor do centro do tubo. O número de oscilacións por volta é coñecido como Q ou "tune" (afinación).

Hai un total de 858 cuadrupolos magnéticos.

Pero hai moitos protóns, e cada un ten unha moi lixeiramente distinta enerxía que o resto, seguindo unha traxectoria específica. Polo tanto, diferentes valores de Q son precisos. Os cambios de Q coa enerxía chámase cromaticidade, e os sextupolos son encargados desta tarefa.


Ademáis, outra serie de multipolos axudan na focalización e aseguran as correccións necesarias debidas a outras interaccións como a gravitatoria sobre os protóns, a electromagnéticas entre paquetes, as creadas por nubes de electróns que se asocián desde as paredes dos tubos, etc.

Sextupolo, teñen por funcion correxir a cromaticidade, é dicir corrixe ás particulas con enerxias diferentes á nominal.

Multipolos (na figura octupolo) para correccións non lineais.

See more about the diferents types of magnets in LHC.

 

A figura seguinte mostra o agrupamento multipolar magnético básico (FODO-cell), de 110 m , no LHC. No acrónimo FODO a F representa a focalización vertical do feixe e desfocalización horizontal; a D expresa a focalización horizontal e a desfocalización vertical, e a O representa espazo libre de campo magnético ou un imán deflector. O resultado sobre o feixe de partículas é unha traxectoria oscilante a traves do sistema FODO

Os dipolos e cuadrupolos manteñen en órbitas estables aos protóns coa enerxía correcta, mentres que os sextupolos corrixen as traxectorias dos protóns que teñen enerxías lixeiramente diferente á desexada. Os outros multipolos compensan as imperfeccións do campo magnético.


Ademais dos imáns xa citados temos de considerar os chamados "Inner triplets" que son os encargados de modificar a traxectoria paralela dos dous feixes para que se crucen no punto de interacción de cada detector. Baixo a acción deste imán, cada "bunch" é compactado para acadar a maior densidade posible no punto de colisión. Así, pásase dunha sección de 0,2 mm lonxe do detector a 16 micras no momento do cruce (Interaction Points - IP).
 
- at IP (ATLAS, CMS)     16 μm
- in the triplets         ~1.6 mm
- in the arcs              ~0.2 mm
 

 



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 |

···