EL CERN: el proyecto del Gran Colisionador de Hadrones...
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Enero 2009 J. A. Rubio 1 Enero 2008 J. A. Rubio 1 Juan Antonio Rubio Director General del CIEMAT Enero 2009 EL CERN: el proyecto del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) Fundación Ramón Areces
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Enero 2009 J. A. Rubio 1Enero 2008 J. A. Rubio 1
Juan Antonio Rubio
Director General del CIEMAT
Enero 2009
EL CERN: el proyecto del GranColisionador de Hadrones (LHC)
Fundación Ramón Areces
Enero 2009 J. A. Rubio 2
El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el tunel del LEPDos haces de protones circulandoen sentidos opuestosEnergía de colisión Protón + Protón:7 + 7 TeV’componentes':~ 1 + 1 TeV27 Km de imanes (8.4 Tesla)11850 AHelio super-fluidoenfriado a 1.9°KVacío 10-10 Torr2880 paquetes con 1011protones por paquete (1 mm de sección transversal) - 16µ de sección transversal en los puntos de interacción.Frecuencia de cruce 25 ns (20 colisiones) ⇒ 800 M colisiones/sEnergía almacenada en un haz es 362 MJ (equivalente a la energía cinética de un Jumbo al despegue).
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EL CERNLa primera propuesta (Louis De Broglie, 1949)
“… un laboratorio o institución donde sea posible hacer ciencia, pero más allá del marco de los diferentes estados participantes.”
“Una colaboración en este campo sería más fácil debido a la verdadera naturaleza de la ciencia ” ... Este tipo de cooperación serviría también a otras disciplinas.
P. Auger, E. Amaldi, L. Kowalski
Creado en 1954, el CERN es el Organismo promotor de la Física de Altas Energías en Europa
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1957 - 1958
La División de TeoríaEl SincrociclotrónEl primer experimento ⇒Desintegración π → e ν
Universalidad de la interacción débil
El Sincrotrón de protones
Momento magnético anómalo del µ ⇒ QED
España se adhiere silenciosamente al CERN
CESAR (CERN Electron Storage and Accumulation Ring)
El primer ordenador ⇒ CDC 6600
1959 1961 – 1963 - 1965
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1965El inicio de una intensa colaboración internacionalComienzo del Grupo de la JEN - Formación en el CERN de experimentadores de España
1968 - 71
La (MWPC)”
La instalación OMEGA
Los “Anillos de Almacenamiento e Intersección” -Un desafío mundial
1973
Corrientes neutras ⇒ e ν → e νLa teoría electrodébil
Gargamelle
España se retira silenciosamente de la Organización
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1977
Estructura de los protones y neutrones y teoría de las
interacciones fuertesCHARM and CDHSJ. Steinberger
1982 - 1983España se adhiere al CERN
El experimento UA1
El descubrimiento del W y el Z Confirmación de la teoría
electrodébil.C. Rubbia y S. Van der Meer
El Grupo de la JEN inicia su participación
en “hardware”
El Espectrómetro Híbrido Europeo (EHS)
El SPS (Super Sincrotrón de Protones)1977
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1989LEP (Gran ColisionadorElectrón Positrón)
4 experimentos: ALEPH, DELPHI, L3 y OPAL2 Premios Nobel (Steinberger y Ting) Importante participación españolaSe determina el número de componenteselementalesSe confirma la validez del Modelo Estándarcon precisiones mayores del 1%.
Desde los años noventa … otros
LEARFactoría de Antimateria
Violación de CPJ.Cronin
Hacia el LHC……
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aéropo
rt
GenèveAtlas
CMS
AliceLHCb
PS
19542000
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Más sobre el CERN y el LHC (1)
Energías:Linac 50 MeVPSB 1.4 GeVPS 28 GeVSPS 450 GeVLHC 7 TeV
CERN (2400 staff, 800 becarios y asociados)Cien†íficos visitantes - Usuarios- 700020 estados miembros70 países asociados o colaboradores750 M€/año
1232 dipolos de 14 m de longitud.8.3 T de campo máximo: 11850 A por un cable de 15 mm x 1.5 mm.31000 Ton enfriadas a 1.9K Otros 8000 imanes adicionales.7000 Km. de cable superconductor
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Más sobre el LHC (2)3700 imanes correctores multipolares
392 imanes cuadrupolares + 2500 correctores multipolares
8 Conjuntos Tripletes internos
1800 conversores de potencia 60 A to 24 kA
120 t of He, 10’000 t of LN2
Conexiones entre imanes
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Incidente en la puesta a punto del LHCEl día 10 de septiembre pasado se probaron los haces a una energía de 0.5 TeV cada uno (la del SPS y hasta 0,5 TeV una gran parte). El día 19 de septiembre se procedió a probar el último sector (3- 4)a 5.5 Tev (9,3 KA) en vez de 0.5 TeV.A las 11.00 se detectó una zona resistiva entre dos imanesdipolores con un cuadrupolo en medio (8400 A).Después de 0,5 s saltaron los convertidores de potencia y se estableció un arco eléctrico que perforó la envolturade helio y, a pesar de que se activaron los resistores de protección, a 1s la presión excedió la atmósferica, los discos de seguridad se abrieron y el He se escapó desde la cámara aislante al túnel.También se rompieron las barreras que separan los subsectores. Las fuerzas desplazaron los subsectores dañando un número de imanes del orden de 30. Además parece que en el túnel arrancó una puerta blindada.
Se están estudiando las previsiones para evitar este tipo de accidentes, en todo el acelerador así como sustituir los equipos dañados. Se estima que se tardará del orden de 6 meses en la operación.
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Detectores
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El detector CMS (1)
Tracking Detectors
Electromagnetic CalorimeterHadronic Calorimeter
Muon Chambers
El detector CMS (2)
Electrodo Strip
Cátodo Al Strips
42mm
13 mmHiloAnodo
Ar/CO2 (85/15) ) 3.6/1.8 /-1.2 kV (W/S/C)
Mylar
Tmax: Tmax: < 400 nsVelocidad de deriva:Velocidad de deriva: ~ 55µµ/nsResoluciResolucióón por Celda n por Celda < 250 mm
3 de septiembre 2008
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Interacción K- p en una cámara de burbujas
All charged tracks with pt > 2 GeV
Reconstructed tracks with pt > 25 GeV
(+30 minimum bias events)
Interacciones
Simulación de una interacción en el LHC
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nivel 1 - hardware especial
40 MHz ,10 9 sucesos/s,<1 Peta Byte/s
nivel 2 - procesadores integrados
nivel 3 - PCs,filtro de sucesos
75 KHz5 KHz100 Hz, 100 sucesos/s,
100 Mega Byte/s
sistema “online”“trigger” a varios nivelesFiltrado del ruido de fondoReducción de volumen de datosTecnología: transmisión de datos en banda muy ancha y conmutación
Registro de datos,
1 Peta Byte/a ño & an álisis
similar en ATLAS
El desafío de los datos del LHC
Teléfono digital1-2 Kbyte/seg
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El LHC y sus detectores, ¿para qué? (1)
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Excelente acuerdo observaciones realizadas
Pero queda un elementopor descubrir:
El Bosón de Higgs
Una partícula de espín 0(bosón) que interaccionacon los bosones según su masa
Mecanismo de HiggsPermite introducir las masas de las partículas
manteniendo la consistencia matemática
Aún no ha sido observado
directamente
m Higgs > 114 .4 GeV
LHC: Tomando datos durante un año permitirá observar el bosón de Higgs !
El LHC y sus detectores, ¿para qué? (2)
y muchas otras cuestiones pendientes:El Modelo Estandar contiene 24 parámetros libres
Es necesario incluir la Gravitación
Cuándo son comparables los efectos mecano cuánticos y los gravitatorios?
mPlanck = / h cG( )
12 = 1.2 ×10 19 GeV
Pero:
1) ¿Cómo unificar las interacciones Fuertes y Electrodébiles?
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Además, hay inconsistencias con las observaciones cosmológicas• ¿Por qué en el Universo hay una asimetría entre materia y antimateria?• ¿Por qué es la violación de la simetría CP diferente a la observada en el laboratorio?• ¿Conocemos todos los componentes de materia del Universo? (materia oscura)
Materia oscurarMG
v N=
Ley de Newton
no se observa disminución de la velocidad con la distancia
Desconocemos el 95% de los componentes del Universo
Extensiones del Modelo Estándar: Supersimetría (SUSY)Nueva simetría que relaciona partículas de espín entero(bosones) con partículas de espín semientero (fermiones)
Posible solución a muchos problemas y necesaria en la mayoría de los Modelos de Unificación pero …
Aún no hay ninguna evidencia experimental: LHC (1 semana)
El LHC y sus detectores, ¿para qué? (3)2) ¿Cómo incluir la interacción Gravitatoria?3) ¿Por qué es tan diferente la intensidad de la Gravitación y del resto de las fuerzas?
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El origen del Universo según el Big Bang (1)
El LHC y sus detectores, ¿para qué? (4)
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Supercuerdas Supersimetría Modelo Estándar Fisica Nuclear FisicaAtomica
t(s)
R(m)
T(K)
-6 -3 0 3 6 9 12 15 18 21 24 2
90 75 60 45 30 15 0 -15 -29
-44 -42 -36 -30 -24 -18 -12 -6 0 6 12 17
32 30 25 20 15 10 5 0
19 18 15 12 9 6 3 0 -3 -6 -9 -13 E(GeV)
Escala de Planck
Ruptura Electrodébil
Transición quark-hadrón
Nucleosíntesis primordial
Desacoplo de fotones
Formación de Galaxias
Ahora
Ruptura QCD - Electrodébil
Historia del Universo desde el tiempo de Planck hasta ahora
Universo: único sistema que pasa por todos los estadosLaboratorios
Inflación
Enero 2009 J. A. Rubio 22J. A. Rubio
España y el CERNDesde la entrada en el CERN, la Física de Partículas en España ha progresado mucho.2 Grupos experimentales y 40 científicos ⇒ 10 grupos y 254 científicos (CSIC, CIEMAT y Universidades), la mayoría participando en los experimentos del LHC, además de 8 grupos de Física Nuclear (133) y 13 grupos teóricos (332) parcialmente trabajando en la Organización.
El 4,5% del staff del CERN es español, comparado con una contribución del 8,3% (aproximadanente la mitad, equivalente al tamaño de la Comunidad Española respecto del total europeo).
El retorno industrial del CERN es equilibrado en épocas de construcción de un gran proyecto (LHC), 80% y desciende al 30% en periodos de operación y mantenimiento.
No se ha obtenido suficiente retorno tecnológico……………… en parte por incapacidad española.
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¿Se vislumbra algún proyecto de acelerador en el CERN después del LHC?
International Linear Collider (ILC)El ILC es un colisionador de electrones y positrones para obtener colisiones a 500 GeV14000 colisiones por segundo para hacer estudios de física básica complementarios a los del LHC.31 km de longitud y un coste estimado de 6000 millones de euros (2007).
Modelo de imán superconductor diseñado en el CIEMAT
Compact LInear Collider (CLIC) - CLIC Test Facility (CTF3)
CLIC es un colisionador de electrones y positrones:• 3 TeV de energía en el centro de masas, una luminosidad > 2·1034
y una longitud de ~ 50 km (1,6 veces la del ILC con una energía 6 veces mayor) .
• CLIC utiliza un nuevo concepto para acelerar las partículas: El de dos haces paralelos, uno de alta corriente y baja energía que se frena (Drive Beam) y otro de baja corriente y alta energía que se acelera (Main Beam).
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“Creo, junto con Schopenhauer, que una de las más fuertes motivaciones de los hombres para entregarse al arte y a la ciencia es el ansia de huir de la vida de cada día, con su dolorosa crudeza y su horrible monotonía; el deseo de escapar de las cadenas con las que nos atan nuestros siempre cambiantes deseos.”
Albert Einstein
La sociedad exige obtener resultados prácticos del desarrollo científico… sin embargo:
“Durante siglos las relaciones entre ciencia y sociedad han estado gobernadas por un pacto tácito. Generalmente los científicos quieren hacer descubrimientos que sean universales, bellos o fundamentales, ya puedan preverse o no beneficios concretos para la sociedad…”
… La sociedad ha estado generalmente dispuesta a apoyar el trabajo en ciencia pura principalmente porque espera que tenga aplicaciones bien en la tecnología, en la medicina o en la guerra.
Normalmente estas expectativas se han mostrado correctas… pero ahora este pacto parece estar en entredicho
Los problemas que ha encontrado el SSC en el Congreso son simplemente un desencanto de la ciencia pura.
Stephen Weinberg
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Transferencia de TecnologíaFormación de personal
Compras38% desarrollaron nuevos productos13% crearon nuevos equipos de I+D 42% mejoraron su imagen internacional44% señalaron un aprendizaje tecnológico36% señalaron un aprendizaje de mercado52% habrían obtenido menos ventas sin el
CERNPartenariado
Fase 1R&Dfor
HEP Research
HEPResearch
Fase 2R&D
Applied toNon-HEP specific
Domains
Prototype,Demonstrator,
Industry Interest
Fase 3Products,
SME or SMIcreation
Etapa A Etapa B
Etapa C Etapa D
Etapa E
PresupuestoFAE
FinanciaciónExterna&TT
Industria y financiación CR
Tecnologías CERN:AceleradoresDetectoresTIC
Y todas las tecnologías que involucran:superconductividad, alto vacío, criogenia, mecánica de precisión, electrónica de potencia y radiofrecuencia, etc---
Dominios: TIC, Salud, Energía, etc.
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"Hemos organizado una civilización global en la que los elementos cruciales dependen de la ciencia y la tecnología. También hemos organizado las cosas de forma que casi nadie entiende ni de ciencia ni de tecnología. Son las condiciones idóneas para el desastre. Podremos quizás continuar durante una cierto tiempo pero más pronto o más tarde esta mezcla combustible de ignorancia y poder nos estallará entre las manos..."
Carl Sagan
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Público en general: Aumentar el nivel de conocimiento del CERN, su valor cultural y la utilidad de su tecnología
Escuelas: Ayudar a los profesores a despertar interés por la Ciencia, en concreto por la Física de Partículas
FAE: Informar y motivar al personal y usuarios del CERN
Mandato
Educación y Comunicación
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Consideraciones personales sobre el CERNEl CERN ha alcanzado los objetivos que establecieron sus fundadores:• Siendo un laboratorio europeo se ha convertido en el mejor del mundo en su
especialidad y es el Centro de una colaboración planetaria.• El LHC es hoy el último de la serie de sus grandes proyectos.• Ha dispuesto, y aún dispone, de la mejor infraestraustura tecnológica de Europa.
Sin embargo, en mi opinión, hay cosas mejorables:
• Los proyectos son cada vez más costosos mientras que sus presupuestos se mantienen constantes, lo que ha dado lugar a la externalización parcial de su acervo tecnológico, en un momento en el que Europa busca y promueve infraestructuras tecnológicas de envergadura.
• La limitación de presupuestos y la voracidad de los científicos apenas ha permitido el desarrollo de aplicaciones sociales, fuera de las necesarias para la Física de Partículas y sólo tímidamente la hoy necesaria divulgación científica.
• Existen actividades científicas (Astrofísica de Partículas y Física Nuclear), expresamente mencionadas por la Convención del CERN que sería conveniente fuesen coordinadas desde la Organización.
ESTÁ DANDO LUGAR A CIERTA DECADENCIA, QUE DESEAMOS SEA LIMITADA EN EL TIEMPO, PORQUE ES SEGURO QUE CON EL LHC NUEVOS ÉXITOS
CIENTÍFICOS ESTÁN PRÓXIMOS.
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Conclusiones• La construcción del LHC está terminada con éxito.• Dada la complejidad de la instalación era esperable la aparición
de averías. Y, aún lo es.• El error de la dirección saliente del CERN, que por otra parte ha
sido clave en finalizar la construcción del acelerador, ha sido apresurar su inauguración con un despliegue medíatico sin precedentes. No era necesario…
• Conviene estudiar la adaptación del CERN a la época. No estamos ya al final de la Gran Guerra.
• La participación española en la Organización ha evolucionado de acuerdo con la Historia de España.
“Podrán (empeñarse) los encantadores (en) quitarnos la ventura pero el esfuerzo y el ánimo será imposible”
Miguel de Cervantes
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Gracias por su atención
