Acceleratoare de particule

1. Acceleratoare de particule CraciunMihai Lucian Grupa 114B

2. Introducere • Un aceelerator de particule este o instalatie complexa folosita pentru a accelera particule elementare • Sunt accelerate in general doar particule ce poarta sarcina electrica • Accelerarea are loc sub actiunea campurilor electrice si magnetice. • Sunt folosite la studierea particulelor elementare si a structurii nucleului atomic

3. Scopul • Gasirea celei mai mici particule subatomice, particula care sta la baza universului • Ciocnirea cu alte particule staționare; ciocnire care rezultă în descompunerea în alte particule, ele putând fi urmărite și analizate cu diverse aparate • Se accelerează particula la viteze tot mai mari pentru a se analiza comportamentul ei. Spre exemplu electronul accelerat își mărește masa • Obținerea unui flux extrem de ridicat de radiații X intr-o instalație denumită sincrotron • Obtinerea de informatii despre primele secunde dupa Big-Bang

4. Modelul Standard • Este o teorie a 3 dintre cele 4 forte fundamentale (electromagnetica, nucleara slaba si nucleara tare), interactiuni care mediaza dinamica particulelor subatomice cunoscute. • Modelul standard este incomplet, deoarece nu face referire la a 4-a forta (gravitatia) si pentru ca este incompatibil cu unele descoperiri recente. • Modelul standard contine 12 particule elementare numite fermioni • Fermionii sunt grupati in functie de felul cum interactioneaza, formand 3 generatii. • 6 dintre particule sunt denumite quarci si interactioneaza intre ele prin forta nucleara tare, fiind legati permanent intre ei, formand hadroni. Un quarc si un anti-quarc formeaza un meson, iar 3 quarci formeaza un baryon. • Celelalte 6 particule se numesc leptoni si miscarea lor este influentata de forta nucleara slaba, fiind astfel foarte greu de detectat. • Toata materia baryonica este formata din prima generatie de particule. Toti atomii sunt formati din electroni care orbiteaza un nucleu format la nivelul cel mai mic din quarci sus-jos

6. Large Hadron Collider • Este un accelerator de particule construit la Centrul European de Cercetari Nucleare (CERN), langa Geneva. • Constructia a fost finalizata in mai 2008 si a costat peste 3 miliarde de lire sterline • Are forma de cerc cu circumferinta de 27 km, situat la 100 m sub pamant • Este considerat cel mai performant accelerator de particule din lume • Teoretic acceleratorul ar trebui sa confirme existenta bosonului Higgs, acoperind elementele lipsa ale Modelului Standard, explicand modul in care particulele capata anumite proprietati cum ar fi masa.

7. Detectoare • LHC contine 6 detectoare aflate sub pamant in excavatiile din dreptul punctelor de intersectie ale sale • ATLAS si Compact Muon Solenoid(CMS) sunt detectoare de particule mari si au functii generice • A Large Ion Collider Experiment (ALICE) si LHCb au roluri mai specifice • TOTEM si LHCf sunt mult mai mici si sunt folosite pentru cercetari foarte specializate

8. Scopul • In timpul functionarii, aproximativ sapte mii de oameni de stiinta din 80 de tari vor avea acces la LHC. • Ei spera sa obtina raspunsul la urmatoarele intrebari: • Oare mecanismul Higgs de generare a maselor particulelor elementare din Modelul Standard este cu adevărat aplicat în natură? Dacă e așa, câte feluri de bosoni Higgs există, și care sunt masele lor? • Electromagnetismul, forța nucleară tare și forța nucleară slabă sunt oare doar manifestări diferite ale unei singure forțe unificate, după cum prezic multiplele teorii ale unificării? • De ce este gravitația cu atâtea ordine de mărime mai slabă decât celelalte trei interacțiuni fundamentale? • Există în natură supersimetrie, adică au particulele din Modelul Standard câte un partener supersimetric? • De ce pare că există violări ale simetriei între materie și antimaterie? • Care este natura materiei întunecate și a energiei întunecate? • Există dimensiuni superioare, după cum prezic diferitele modele inspirate din teoria corzilor, și pot fi detectate?

9. Decursul testelor • După punerea în funcțiune a supercoliderului, oamenii de știință de la CERN estimează că dacă Modelul Standard este corect, atunci la fiecare câteva ore va fi produs câte un boson Higgs. În acest ritm ar putea dura aproximativ trei ani până se vor aduna suficiente statistici pentru a dovedi cu certitudine existența bosonului Higgs. Similar, ar dura un an sau mai mult până când vor fi adunate destule rezultate privind particulele supersimetrice pentru a trage concluzii în privința acestora • Primul flux de protoni a circulat prin colider în dimineața zilei de 10 septembrie 2008. CERN a reușit trimiterea protonilor prin tunel în etape de câte trei kilometri. Particulele au fost trimise în sens orar în accelerator și au efectuat primul înconjur complet la ora 10:28 ora locală. • LHC a încheiat cu succes primul său test major: după o serie de rulări de test, două puncte albe au apărut pe ecranul unui monitor, arătând că protonii au traversat toată lungimea coliderului. Ghidarea particulelor pe parcursul de inaugurare a durat mai puțin de o oră. • S-a așteaptat ca primele coliziuni de protoni cu energii mari să aibă loc la 6-8 săptămâni după intrarea în funcțiune a LHC la 10 septembrie 2008. În anul 2008, însă, LHC a operat la o energie redusă, de doar 10 TeV. Perioada de oprire de iarnă (spre sfârșitul lui noiembrie) a fost folosită pentru antrenarea magneților superconductor, astfel încât rularea din 2009 să înceapă la energia maximă proiectată de 14 TeV, ceea ce însă încă nu a reușit. • La 30 martie 2010 s-a anunțat reușita primelor experimente de coliziuni a două jeturi de protoni cu energia de câte 3,5 TeV pe particulă pe sens, în total deci 7 TeV, cu o frecvență de ciocniri de circa 100 Hz, iar la 21 aprilie 2010 s-a publicat reușita primei reconstrucții a unui mezon B, tot la această energie.