1

2 Kompleks pomiarowy i eksperymenty w CERN 3 marca 2004 r. 1 Zderzenia Ciężkich Jonów - wykład autor: Grzegorz Gałązka prezentacja do wykładu: “Zderzenia Ciężkich Jonów”

3 Plan wykładu 3 marca 2004 r. 10 Zderzenia Ciężkich Jonów - wykład ● Czym jest CERN – Krótka historia CERNu ● Kompleks pomiarowy – akceleratory – detektory ● Eksperymenty

4 Czym jest CERN? 3 marca 2004 r. 11 Zderzenia Ciężkich Jonów - wykład Największe na świecie międzynarodowe laboratorium Fizyki Cząstek 20 krajów członkowskich (Members) Organizacje międzynarodowe (Observers) 220 instytutów z krajów całego świata (Non-Members) 50 lat historii

5 Czym jest CERN? 3 marca 2004 r. 100 Zderzenia Ciężkich Jonów - wykład Historia: 1951r. - utworzenie tymczasowego ciała "Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire" (CERN). 1953r. - decyzja o zbudowaniu laboratorium centralnego w okolicach Genewy. 17 maja 1954r. - początek budowy 1957r. - uruchomienie pierwszego akceleratora – SC (Synchro-Cyclotron). SC działał do 1990 roku. 1959r. - pierwsze przyspieszone protony z akceleratora PS (Proton – Synchrotron)

6 Czym jest CERN? 3 marca 2004 r. 101 Zderzenia Ciężkich Jonów - wykład Historia (cd): 1968r. - Georges Charpak buduje wielodrutową komorę proporcjonalną – detektor rewolucjonizujący dziedzine elektronicznych detektorów cząstek (Nobel 1992r.). 1971r. - budowa drugiego laboratorium wraz z SPS (Super Proton Synchrotron), uruchomienie pierwszego na świecie zderzacza protonów – ISR (Intersecting Storage Rings) 1983r. - odkrycie bozonów W i Z (eksperyment UA1 na SPS) (Nobel 1984r.) 1989r. - uruchomienie LEP (Large Electron-Positron Collider) 1990r. - WWW 1999r. pierwsze prace nad LHC (Large Hadron Collider)

7 Kompleks pomiarowy 3 marca 2004 r. 110 Zderzenia Ciężkich Jonów - wykład rysunek... klik

8 Kompleks pomiarowy 3 marca 2004 r. 111 Zderzenia Ciężkich Jonów - wykład Linac2, akcelerator protonów 6 września 1978 – pierwsza wiązka protonów o energii 50 MeV Obecnie dostarcza wiązkę o częstości 1Hz, natężeniu 175mA i energii 50MeV, o długości impulsu od 20 do 150  s Wiązka ta jest używana jako wiązka testowa dla LEARa, oraz jako źródło dla dalszych akceleratorów: eksperymenty na SPS i ISOLDE, produkcja antyprotonów w AD, wiązka testowa dla PS i LHC. Aby sprostać wymaganiom LHC, podniesiono natężenie wiązki do 180 mA

9 Kompleks pomiarowy 3 marca 2004 r. 1000 Zderzenia Ciężkich Jonów - wykład Linac3, akcelerator jonów ołowiu Wyprodukowany we współpracy z ośrodkami m.in we Francji, Włoszech, Indiach, Czechach Dostarcza wiązkę 53+ naładowanych jonów ołowiu 208 o energii 4.2 MeV/u

10 Kompleks pomiarowy 3 marca 2004 r. 1001 Zderzenia Ciężkich Jonów - wykład AD (Antiproton Decelerator) & LEAR (Low Energy Antiproton Ring) – “fabryka antymaterii” Produkują antyprotony wykorzystując zderzenia przyspieszonych w PS protonów z tarczą z miedzi bądź irydu Obniżając energię antyprotonów można badać ich własciwości oraz tworzyć z nich antyatomy. W 1995r. w ekspoerymencie PS210 grupie włosko- niemieckich fizyków udało się otrzymac 9 atomów antywodoru

11 Kompleks pomiarowy 3 marca 2004 r. 1010 Zderzenia Ciężkich Jonów - wykład PS (Proton Synchrotron) Zbudowany, osiągał największe energie na świecie, dzisiaj jest akceleratorem pośrednim dla innych akceleratorów, bądź “zwalniaczem” cząstek. CERN i PS w 1959 roku

12 Kompleks pomiarowy 3 marca 2004 r. 1011 Zderzenia Ciężkich Jonów - wykład ISOLDE – Isotope Separator On-Line DEvice ISOLDE to zespół urządzeń do produkcji różnego typu wiązek jonów radioaktywnych Wykorzystuje wiązkę protonów z PSB (Proton Synchrotron Booster) o energii 1.0 bądź 1.4 GeV i natężeniu 2mA Do tej pory wyprodukowano 600 różnych izotopów o czasie połowicznego zaniku rzędu milisekund i intensywności sięgającej 10 11 jonów na sekundę

13 Kompleks pomiarowy 3 marca 2004 r. 1100 Zderzenia Ciężkich Jonów - wykład SPS – Super Proton Synchrotron ● przyspiesza protony i jony ołowiu do energii 400 GeV/c – dla eksperymentów fizycznych z ustaloną tarczą ● w planach wiązka protonów o energii 450 GeV/c i jonów ołowiu o energii 177 GeV/u dla LHC ● podaje wiązki testowe dla SPS i LHC

14 Kompleks pomiarowy 3 marca 2004 r. 1101 Zderzenia Ciężkich Jonów - wykład LHC – Large Hadron Collider Akcelerator kołowy posiadający dwie przeciwbieżne wiązki jonów umieszczone w nadprzewodzącym magnesie. Energie przyspieszanych jonów rzędu TeV 27 km długości (w ramach oszczędności rozmontowano akcelerator LEP) 5 eksperymentów linie pola magnetycznego wytwarzanego przez magnes LHC

15 Eksperymenty 3 marca 2004 r. 1110 Zderzenia Ciężkich Jonów - wykład NA44 (SPS) (ukończony 9 lutego 1989r.) Detektorem był spektrometr o malej akceptancji, ale wysokiej rozdzielczości pędowej i możliwości identyfikacji cząstek. Akceptancja pozwalała na badania intereferometryczne dwu i trzycząstkowe oraz na badanie rozkladów jednocząstkowych.

16 Eksperymenty 3 marca 2004 r. 1110 Zderzenia Ciężkich Jonów - wykład NA49 (SPS) (ukończony 19 pażdziernika 2002r.) Zderzenia jonów ołowiu z ołowianą tarczą przy energii pocisku 160GeV/u, w poszukiwaniu przewidzianych przez QCD charakterystyk przejścia fazowego do plazmy kwarkowo-gluonowej Detektor o dużej akceptancji z możliwością pomiaru dE/dx i time-of- flight Po raz pierwszy obserwacje event-by-event

17 Eksperymenty 3 marca 2004 r. 1110 Zderzenia Ciężkich Jonów - wykład COMPASS (SPS) (zbiera dane) COmmon Muon and Proton Apparatus for Structure and Spectroscopy Głównym celem fizycznym eksperymentu jest: na wiązce muonowej: pomiar polaryzacji gluonów w spolaryzowanych nukleonach. na wiązce hadronowej: rozpady hadronów powabnych rozpraszanie Primakoffa

18 Eksperymenty 3 marca 2004 r. 1110 Zderzenia Ciężkich Jonów - wykład ALICE (A Large Ion Collier Experiment) (planowany) Eksperyment, w którym partycypuje 1000 osób z 27 krajów Celem jest badanie silnie oddziałującej materii przy ekstremalnie wysokich energiach, przy których (hipotetycznie) tworzy się QGP (plazma kwarkowo- gluonowa) Badania (w założeniu) pozwolą na zrozumieć uwięzienie kwarków i symetrię chiralną – kluczowe elementy QCD

19 Eksperymenty 3 marca 2004 r. 1110 Zderzenia Ciężkich Jonów - wykład Detektor – składa się z sześciu subdetektorów: ITS (Inner Tracking System) – określanie pierwotnych i wtórnych wierzchołków, identyfikacja i tracking cząstek niskopędowych, poprawa rozdzielczości pędowych i kątowych detektora TPC TPC (Time Projection Chamber) – główny detektor torów cząstek TOF(Time Of Flight) – identyfikacja cząstek o pędach do 2 GeV TRD(Transition Radiation Detector) – detektor elektronów HMPID(High Momentum PID) – identyfikacja cząstek o pędach do 5 GeV z wykorzystaniem efektu promieniowania Czerenkowa Dimuon Spectometers – Detektory ciężkich mezonów

20 Eksperymenty 3 marca 2004 r. 1110 Zderzenia Ciężkich Jonów - wykład ATLAS (A Thoroidal LHC AparatuS) (planowany) Eksperyment badający zderzenia proton – proton Cele ekperymentu: poszukiwanie bozonu Higgsa poszukiwanie źródeł łamania symetrii CP poszukiwanie nowych bozonów pośredniczących, leptokwarków “new physics beyond The Standart Model”

21 Eksperymenty 3 marca 2004 r. 1110 Zderzenia Ciężkich Jonów - wykład ATLAS (LHC) (planowany) ATLAS składa się z trzech subdetektorów: detektor wierzchołkowy do badania pędów cząstek naładowanych kalorymetr do mierzenia energii cząstek spektrometr muonowy – identyfikuje i bada muony

22 Eksperymenty 3 marca 2004 r. 1110 Zderzenia Ciężkich Jonów - wykład CMS (Compact Muon Solenoid) (planowany) Eksperyment badający hipotezy Teorii Supersymetrii (SUSY) Założenia konstrukcyjne detektora: wysokowydajny detektor muonów najlepszy mozliwy kalorymetr elektromagnetyczny wysokiej jakości tracking koszt detektora poniżej 475 MCHF

23 Eksperymenty 3 marca 2004 r. 1110 Zderzenia Ciężkich Jonów - wykład LHCb (Large Hadron Collider beauty experiment) (planowany) Badanie łamania symetrii CP i rzadkich rozpadów (np mezonów B) – wyjaśnienie zagadki stosunku ilości materii do antymaterii Detektor: mikrostripowe detektory wierzchołkowe komory dryftowe – tracking detektory promieniowania Czerenkowa kalorymetry detektory muonów

24 Eksperymenty 3 marca 2004 r. 1110 Zderzenia Ciężkich Jonów - wykład TOTEM (LHC) (planowany) Eksperyment przeznaczony na badanie całkowitego przekroju czynnego, rozpraszania elastycznego i dyfrakcji w LHC Aparatura (zintegrowana z detektorem CMS): detektory protonów ulegających rozpraszaniu detektor rozpraszań nieleastycznych

25 koniec.... 3 marca 2004 r. 1110 Zderzenia Ciężkich Jonów - wykład