El Experimento ATLAS

Transcripción

1 El Experimento ATLAS Por MSc. Yohany Rodríguez García Docente Investigador Universidad Antonio Nariño Semana de la Ciencia y la Tecnología Biblioteca Luis Angel Arango Bogotá, Oct. 4 de 2012

2 Para qué se hace investigación en física de partículas? Para responder a preguntas fundamentales como Cuales son los constituyentes elementales de la materia? Cómo están organizadas estos constituyentes dentro de la materia? Cuáles son las fuerzas que gobiernan el comportamiento de estos constituyentes elementales?

3 De qué estamos hechos? Elementos 500 AC Átomos m 10-9 m m Partículas Elementales Menor que m m

4 Las partículas elementales y sus interacciones

5 El Modelo Estándar de física de Partículas 1) Explica las interacciones electromagnética, débil y fuerte. 2) Describe detalladamente la relación entre las 12 partículas y los tres tipos de interacciones. 3) Describe como funciona el proceso de generación de masa de las partículas que la poseen a través del mecanismo de Higgs.

6 Cómo observar la estructura dela materia? Células Microscopio DNA Microscopio Electrónico 50 μm 2 nm Nucleos 2 fm Quarks < 1 am Aceleradores de Partículas

7 Cómo observar la estructura dela materia? Cómo podemos ver que hay dentro del átomo? Arrojándoles objetos más pequeños Partículas α átomo de oro Lámina de oro

8 Rutherford realizó este experimento en 1911 Partículas α Lámina de oro Encontró que la mayoría de las partículas pasaban derecho Quiere decir que los átomos son casi todo vacío!! Una de cada partículas rebotaba para atrás! Toda la masa está concentrada en un núcleo que es veces más pequeño que el átomo

9 Se pueden ver los quarks dentro del protón? Sí: arrojándoles objetos más pequeños que el protón Electrón quark u quark d Protón Experimento realizado en 1969 por Friedman, Kendall y Taylor Premio Nobel 1990

10 Cómo funciona un experimento de física de partículas? 1) Concentrar energía en las partículas (Acelerador) 2) Colisionar partículas (formar todo tipo de quarks, nuevos electrones, etc.) 3) Identificar partículas creadas en el Detector (buscar trazas, determinar masas, momentos)

11 Aceleradores de partículas

12 Ejemplo de un simple acelerador de partículas como en televisiones y monitores antiguos.

13 Qué es un acelerador de partículas? Un acelerador de partículas es un instrumento que utiliza campos electromagnéticos para acelerar las partículas cargadas eléctricamente hasta alcanzar velocidades (y por tanto energías) muy altas.

14 Cómo funciona un acelerador circular Cavidades Superconductoras 1232 criodipolos de 15 m

15 Los experimentos : Cómo detectar e identificar los productos de una colisión? Sólo unas pocas partículas conocidas tienen una vida suficientemente larga para dejar huellas en un detector. La mayoría de las partículas son medidas a través de los productos de desintegración y de sus relaciones cinemáticas (masa invariante). Partículas de corta duración dejan pistas (trazas cortas) antes de decaer, por lo que su identificación se basa en la medición de trazas cortas. Construimos detectores para registrar: e±, μ±, ϒ, π±, K±, Ko, p±, n. Su masa, carga, y como interactúan con la materia, son las claves para su identificación.

16 Un ejemplo de detección: Detector de Gas

17 Las partículas neutras también interaccionan con la materia Por ejemplo, el fotón transfiere energía a los electrones o se crean pares electrón/positrón los cuales se comportaran como partículas cargadas (Efecto Fotoeléctrico, Producción de Pares, Efecto Compton)

18 CERN : The European Organization for Nuclear Research

19 Acerca del CERN... Acrónimo original: Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire Fue fundado en 1954 por 12 paises europeos. Situado en la frontera entre Francia y Suiza en la comuna de Meryn en Ginebra, Actualmente cuenta con 20 estados miembros y 8 observadores Es el mayor laboratorio de investigación del mundo (4000 empleados, científicos e ingenieros visitantes, 610 universidades e institutos de más de 115 nacionalidades)

20 LHC : Large Hadron Collider

21 El LHC y sus cuatro experimentos Es el mayor acelerador circular del mundo, con una circunferencia de 27 km y a una profundidad de aproximadamente 100 m. Está diseñado para lograr colisiones de dos haces de protones a una energía de 14 TeV. También usa de iones pesados de Pb. La máquina ha sido diseñada para alcanzar una luminosidad de 1034 cm-2s-1 Cuatro importantes experimentos (detectores) están ubicados a lo largo del anillo acelerador: ATLAS, CMS, ALICE y LHCb.

22 El Detector ATLAS

23 Qué es el experimento ATLAS? ATLAS es uno de los dos experimentos de propósito generla en el LHC. ATLAS investiga física como: búsqueda del bosón de Higgs, extradimensiones y materia oscura. ATLAS está diseñado para estudiar las colisiones protón-protón a altas energías. Más de 3000 científicos y más de 175 institutos en 38 países trabajan en el experimento ATLAS. El detector se encuentra localizado a 100 m bajo la superficie en Maryn, Ginebra.

24 ATLAS Altura: 25 m Largo: 46 m Peso: 7000 T 3000 km de cables CATEDRAL SANTIAGO Altura: 76 m Largo: 96 m

25 Estructura del detector ATLAS personas Mar CAPEANS, CERN

26 Detector de trazas interno Compuesto por tres sub-sistemas: - Pixel Detector - Semiconductor Tracker, SCT - Transition Radiation Tracker, TRT 2.1 m 6.2 m Mar CAPEANS, CERN

27 Detector de trazas interno Función: detectar trazas de partículas cargadas Detectores de múltiples capas >> Medida de la posición En ATLAS: Pixel: Silicio / 80 Mi. canales / 3 track points / ~10 mm SCT: Silicio / 6.2 Mi. canales / 4 track points / ~16 mm TRT: Straws-Gas / 350 kcanales / 36 track points / ~130 mm Principio de detección: ionización (del Si o gas) Situados en un campo magnético >> Medida del momento y carga Mar CAPEANS, CERN

28 Calorímetros Función: Detectar la energía de las partículas neutras o cargadas. Absorben la energía de las partículas, excepto los muones (muy pesados) y neutrinos (no interaccionan con la materia). Sándwich de un material pasivo muy pesado (hierro, plomo) y un medio activo (cristal, argón liquido + cámaras de detección) ATLAS: - Liquid Argon - Tile

29 Cámara de Muones Función: Detectar muones; un muón es como un electrón pero mucho más pesado, por lo que atraviesa fácilmente un detector de partículas y llega hasta sus capas más externas. Principio de detección: cámaras de detección (ionización en gas) similares a los detectores de trazas, pero de menor resolución espacial. También deben ser detectores de respuesta muy rápida ya que se utilizan en el sistema de trigger para la selección de sucesos

30 En síntesis...

31 Buscando el Bosón de Higgs Evento candidato a H-->4e

32 Búsqueda de eventos con dos fotones con gran energía transversa con 36 pb^-1 de 7 TeV

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35 GRACIAS POR SU ATENCIÓN!!