Experiment ALICE na urýchlova či LHC

1. Experiment ALICE naurýchlovači LHC Jaroslav Bielčík Katedra fyziky FJFI ČVUT Praha

2. 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

3. CERN European Laboratory for Particle Physics • Najväčší ústav časticovej fyziky na svete pri Ženeve • Vznikol v 1954 -12 zakladajúcich členskýchštátov: 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

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

5. Skúmanie mikrosveta • Dva spôsoby ako skúmať objekty mikrosveta: • Čakať a zachytiť to čo priletí z Vesmíru vo forme kozmického žiarenia • Výhoda: energia 1020eV; cena • Nevýhoda: malý počet, vplyv atmosféry, malá flexibilita • Urýchliť častice a nechať ich zraziť, sledovať, čo z toho vyletí • Vyhoda :opakovateľnosť, kontrolovateľné podmienky • Nevýhoda:cena LHC 3 miliardy euro, energeticky náročné, limitovaná energia • Čím viac energie častice majú tým menšie rozmery hmoty skúmame • urýchľovač ~ mikroskop • detektor/experiment ~ fotoaparát Higher energies means shorter wavelengths.

6. e+ e- Princíp urýchľovania Sila pôsobiaca na nabitú časticu v EM poli Lorentzova sila Elektricképole urýchľovanie Magneticképole zakrivenie Anoda(+) Katóda(-) p+ e- 1 eV

7. Typy urýchľovačov Linearnyurýchlovač - V + Častice sa grupujú, pretože len tie, ktoré narazia na vhodnú polaritu idú ďalej. Trubice majú zväčšujúcu sa dĺžku aby zrýchľujúce častice boli Synchronizované so zmenou polarity. Kruhovýurýchľovač

8. Princíp snchrontronu VCollideru, zhlukyčastíc/antičastíc lietajú v kruhu opačným smerom.

9. Urýchľovač LHC RF Acceleration: multiple application of the same acceleration voltage; brilliant idea to gain higher energies Super conducting magnets – keep beam inside circle

10. LHC: The -1232- Main Dipole Magnets Quadrupole bus-bars Heat exchanger Superconducting coils • Beam pipe (1015 H2/m3) required field quality: ΔB/B=10 -4 Collars Vacuum vessel (10-6 mbar) Beam screen Thermal shield Dipole bus-bars Iron yoke L ~ 15 m 8.3 T, 11.87 kA T = 1.9 K, ~27.5 ton 1 mm 6 µm Ni-Ti filament

11. Urýchľovačea LHC experimenty v CERN Častice sú urýchľované postupne v niekoľkýchurýchľovačoch. Urýchľujú sa protóny alebo jadrá olova. Energia: Linac 50 MeV PSB 1.4 GeV PS 28 GeV SPS 450 GeV LHC 7 TeV

12. Parametre LHC 2808 zhlukov po 1011 protónoch  I = 0.5 A Celková energie v zväzku: Etot = 3 x 1014 x 7 TeV ~= 300 MJ  Energia súpravy TGV pri plnej rýchlosti

13. 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 System Time Projection Chamber Time-of-Flight Transition Radiation Detector* Spectrometers: RICH Photon Multiplicity Forward Multiplicity Photon Spectrometer Muon Spectrometer Calorimeters: Zero Degree Calorimeter EM Calorimeter* 3

19. 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