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Materia & Antimateria - Particle Physics at CIEMAT

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EN BÚSQUEDA B<br />

DE LA<br />

ANTIMATERIA PERDIDA<br />

Manuel Aguilar Benítez de Lugo<br />

Real Academia de Ciencias, <strong>CIEMAT</strong><br />

FUNDACIÓN RAMÓN ARECES<br />

21 ENERO 2010


JUAN ANTONIO RUBIO<br />

4.VI.1944 - 17.I.2010<br />

Dream as if you’ll live forever, live as if you’ll die today, James Dean


EL LHC DEL CERN


¡¡ EL LHC !!<br />

Objetivos Físicos Principales<br />

• Origen de la Masa<br />

• N<strong>at</strong>uraleza de la <strong>M<strong>at</strong>eria</strong> Oscura<br />

• Comprensión del Espacio -Tiempo<br />

• <strong>M<strong>at</strong>eria</strong> & <strong>Antim<strong>at</strong>eria</strong><br />

• Plasma Primordial<br />

El LHC determinará el Futuro de la Física de Altas Energías


REST ON PRINCIPLES,<br />

AT THE END THEY WILL GIVE UP.<br />

Oscar Wilde


Facility<br />

AGS Brookhaven (1960)<br />

Original Purpose,<br />

Expert Opinion<br />

π N Interactions<br />

Discovery with<br />

Precision Instrument<br />

2 Kinds of Neutrinos,<br />

Time Reversal Non-Symmetry,<br />

New form of m<strong>at</strong>ter (4 th Quark)<br />

FNAL B<strong>at</strong>avia (1970) Neutrino <strong>Physics</strong> 5 th Quark, 6 th Quark<br />

SLAC Spear (1970)<br />

ep, QED<br />

Partons, 4 th Quark,<br />

3 rd Electron<br />

PETRA Hamburg (1980) 6 th Quark Gluon<br />

Super Kamiokande (2000) Proton decay Neutrinos have mass<br />

Hubble Space<br />

Telescope<br />

Galactic<br />

Survey<br />

Curv<strong>at</strong>ure of the Universe,<br />

Dark Energy<br />

AMS on ISS<br />

y96402nac.ppt<br />

Dark M<strong>at</strong>ter, Antim<strong>at</strong>ter<br />

Strangelets,…<br />

<br />

Exploring a new territory with a precision instrument is the key to discovery


El Large Hadron Collider (LHC)<br />

Colisionador Protón - Protón<br />

7 TeV + 7 TeV<br />

Luminosidad = 10 34 cm -2 s -1<br />

Colisionador Plomo - Plomo<br />

vs ~ 1148 TeV<br />

Luminosidad = 10 28 cm -2 s -1<br />

1 TeV = 1000 GeV<br />

~ 1000 veces la masa del protón


CMS


10/09/2008


¡¡ Funciona !!<br />

El LHC se<br />

incorpora a<br />

la cultura<br />

popular


Parada Temporal de las<br />

Operaciones, 19/09/2009<br />

• Fallo eléctrico en la conexión entre dos imanes<br />

Empalme en las barras superconductoras 12 kA<br />

• Calentamiento ohmico perfora criost<strong>at</strong>o, tubo de vacio


¡ SEPTIEMBRE 2009 !<br />

Daños<br />

col<strong>at</strong>erales<br />

Desplazamientos<br />

de imanes<br />

Soportes


Daños col<strong>at</strong>erales


¡ NOVIEMBRE 2009 !<br />

HAZ CIRCULANDO<br />

Y ESTABLE<br />

• magnets<br />

• power supplies<br />

• vacuum<br />

• RF<br />

• cryogenics<br />

• all infrastructure<br />

• optics<br />

• injection<br />

2/1/2010


LUNES 23 NOVIEMBRE 2009


IL Y A DES MOMENTS<br />

où tout réussit<br />

IL NE FAUT PAS S’ÉFFRAYER<br />

ÇA PASSE.<br />

Jules Renard


EXPECTATIVAS<br />

PREDECIR ES ALGO MUY DIFÍCIL,<br />

ESPECIALMENTE ACERCA DEL FUTURO<br />

Niels Bohr<br />

• Esperar 2 o 3 años para validar<br />

(excluir) el mecanismo de Higgs<br />

• Difícil predecir cuando aparecerán<br />

señales de física más allá del<br />

Modelo Estándar


2008: Primer Higgs observado en CMS & ATLAS


MENSAJE<br />

La Investigación Básica es la única forma responsable de<br />

hacer acopio de conocimiento científico<br />

La Investigación Básica tiene una forma de producir<br />

resultados que desafía la intuición humana<br />

Las aplicaciones prácticas suelen ser imprevisibles<br />

pero, con gran frecuencia, de excepcional relevancia


t µs ˜ 1/E 2 GeV


RADIACIÓN ELECTROMÁGNETICA


SATÉLITE COBE<br />

COsmic Microwave Background Explorer<br />

ANISOTROPÍAS DEL CMB<br />

George Smoot, John M<strong>at</strong>her, Premio Nobel de Física 2005


WMAP<br />

Wilkinson Microwave Anisotropy Probe<br />

ANISOTROPÍAS DEL CMB


HUBBLE SPACE TELESCOPE<br />

(HST)<br />

Constante de HUBBLE<br />

Medida Precisa :<br />

H = 72 +/- 8 km/s/Mpc<br />

Supernovas Ia<br />

Medida de las supernovas de<br />

alto z (z>1) utilizadas para<br />

descubrir la energía oscura


MISIÓN PLANCK<br />

ANISOTROPÍAS DEL CMB


FLUCTUACIONES CUÁNTICAS


UN UNIVERSO DE<br />

DE ANTIMATERIA


P.A.M. DIRAC (1902-1984)<br />

Teoría del electrón (1926)<br />

Premio Nobel de Física 1933


<strong>M<strong>at</strong>eria</strong> & <strong>Antim<strong>at</strong>eria</strong><br />

Dirac predijo que para cada PARTÍCULA existe<br />

su correspondiente ANTIPARTÍCULA<br />

con las mismas propiedades estáticas<br />

(masa, vida media, spin, …)<br />

aunque algunas con signo opuesto<br />

(carga eléctrica, números cuánticos)<br />

Descubiertas en los rayos cósmicos<br />

Estudiadas en los aceleradores<br />

P.A.M. DIRAC (1902-1984)<br />

Teoría del electrón (1926)<br />

Premio Nobel de Física 1933<br />

“Debemos considerar más bien un accidente que la Tierra (y presumiblemente<br />

todo el Sistema Solar) contenga una preponderancia de electrones neg<strong>at</strong>ivos y<br />

protones positivos. Es bastante posible que para otras estrellas ocurra lo<br />

opuesto, esto es que estén formadas predominantemente por electrones<br />

positivos (positrones) y protones neg<strong>at</strong>ivos (antiprotones). Los dos tipos de<br />

estrellas tendrían exactamente los mismos espectros, y no habría forma de<br />

distinguir entre ellas con las técnicas astronómicas actuales”


Positron, 1932<br />

C.D. Anderson<br />

Antiproton, 1955<br />

O. Chamberlain, E. Segrè<br />

Antideuteron, 1965<br />

L. Lederman, S. Ting<br />

Anti-<strong>at</strong>oms, 2002<br />

ATHENA, ATRAP @ CERN


Se ha comprobado experimentalmente que para cada<br />

partícula existe su correspondiente antipartícula …<br />

H 2<br />

D<br />

e - , m - , t - e + , m + , t +<br />

- - -<br />

n e , n m , n t n e , n m , n t<br />

p, n p − , n −<br />

p - , K -<br />

p + , K +<br />

W - W +<br />

… y que para cada átomo, núcleo existe su<br />

correspondiente antiátomo, antinúcleo<br />

-<br />

H 2<br />

-<br />

D


+ BOSÓN DE HIGGS …<br />

DIMITRI IVANOVICH<br />

MENDELEIEV<br />

(1834-1907)


<strong>M<strong>at</strong>eria</strong> & <strong>Antim<strong>at</strong>eria</strong><br />

Desde 1964 se sabe que existen sutiles<br />

diferencias entre las propiedades de las<br />

Partículas y las Antipartículas<br />

J. Cronin V. Fitch<br />

Premio Nobel de Física<br />

1980<br />

P (K 0 —<br />

K 0 —<br />

) # P (K 0 K 0 )


UNIVERSO DE ANTIMATERIA<br />

El BIG BANG<br />

REQUIERE<br />

LA EXISTENCIA<br />

DE<br />

UN UNIVERSO<br />

DE<br />

ANTIMATERIA<br />

CONDICIONES<br />

DE<br />

SHAKAROV


<strong>M<strong>at</strong>eria</strong> & <strong>Antim<strong>at</strong>eria</strong><br />

Hasta la fecha no se ha podido<br />

detectar<br />

presencia de <strong>Antim<strong>at</strong>eria</strong> en la<br />

Radiación<br />

Cósmica Primaria


Hay ~ 100.000 millones de galaxias en el Universo, cada<br />

una con ~100.000 millones de estrellas.<br />

Keep searching, Stephen Hawking


<strong>M<strong>at</strong>eria</strong> & <strong>Antim<strong>at</strong>eria</strong><br />

La m<strong>at</strong>eria y la antim<strong>at</strong>eria no son iguales<br />

¿POR QUÉ<br />

El Universo parece estar formado sólo de m<strong>at</strong>eria<br />

¿POR QUÉ


PARTÍCULAS<br />

CUESTIÓN<br />

ANTIPARTÍCULAS<br />

¿ DÓNDE ESTÁ LA ANTIMATERIA PRODUCIDA EN EL BIG BANG <br />

DIFICULTADES EXPERIMENTALES<br />

1. MATERIA Y ANTIMATERIA TIENEN CARGAS ELÉCTRICAS OPUESTAS. ES NECESARIO UN<br />

ESPECTRÓMETRO MAGNÉTICO PARA MEDIR LA CARGA DE LA ANTIMATERIA<br />

2. LA ANTIMATERIA CÓSMICA NO PUEDE DETECTARSE EN TIERRA DEBIDO A QUE LA<br />

ANTIMATERIA SE ANIQUILARÍA AL ENTRAR EN CONTACTO CON LA MATERIA ATMOSFÉRICA


100 km Atmósfera<br />

˜ 10 m Agua<br />

˜ 2.5 m Aluminio


• El flujo abarca 30 órdenes de magnitud<br />

• La energía alcanza los 10 20 eV (=16 J)<br />

• La distribución angular es isotrópica<br />

• ¿ Cuál es el origen <br />

• ¿ Cuáles son los mecanismos de aceleración <br />

• ¿ Existe un valor máximo para la energía <br />

• ¿ Cuál es la composición


ÁLVARO DE RÚJULA


AUGER


BESS<br />

PAMELA<br />

FERMI- LAT


Haces de <strong>Antim<strong>at</strong>eria</strong>/Antipartículas<br />

SLAC- BaBar<br />

CERN- UA1<br />

CERN- L3<br />

FERMILAB - CDFII


ANTIPROTON CELL EXPERIMENT<br />

CERN ANTIPROTON DECELERATOR


ESTACIÓN ESPACIAL<br />

INTERNACIONAL<br />

ISS


MISSE (<strong>M<strong>at</strong>eria</strong>ls Intern<strong>at</strong>ional<br />

Space St<strong>at</strong>ion Experiment)<br />

Exposición de muestras al medio<br />

ambiente espacial<br />

(polimeros utilizados como aislantes,<br />

m<strong>at</strong>eriales de paneles solares)<br />

MISSE<br />

Medida de la erosión de oxigeno <strong>at</strong>ómico<br />

OBSERVACIÓN DE LA TIERRA<br />

Estudio de la fractura de bancos de<br />

hielo en el Antártico, Iceberg A39B cerca<br />

de South Georgia Island


Censo cumul<strong>at</strong>ivo del tiempo<br />

de la tripulación disponible<br />

para investigación a bordo<br />

de la ISS<br />

Compilación del número de<br />

publicaciones resultado de<br />

investigaciones a bordo de<br />

la ISS


AMS


EUSO


AMS<br />

ALPHA MAGNETIC<br />

SPECTROMETER


Experimento AMS en la ISS<br />

AMS


Participación Internacional en AMS<br />

USA<br />

A&M FLORIDA UNIV.<br />

JOHNS HOPKINS UNIV.<br />

MIT - CAMBRIDGE<br />

NASA GODDARD SPACE FLIGHT CENTER<br />

NASA JOHNSON SPACE CENTER<br />

TEXAS A&M UNIVERSITY<br />

UNIV. OF MARYLAND-DEPRT OF PHYSICS<br />

UNIV. OF MARYLAND-E.W.S. S.CENTER<br />

YALE UNIV. - NEW HAVEN<br />

MEXICO<br />

UNAM<br />

NETHERLANDS<br />

ESA-ESTEC<br />

NIKHEF<br />

NLR<br />

FRANCE<br />

GAM MONTPELLIER<br />

LAPP ANNECY<br />

LPSC GRENOBLE<br />

SPAIN<br />

<strong>CIEMAT</strong> - MADRID<br />

I.A.C. CANARIAS.<br />

PORTUGAL<br />

LAB. OF INSTRUM. LISBON<br />

DENMARK<br />

UNIV. OF AARHUS<br />

FINLAND<br />

HELSINKI UNIV.<br />

UNIV. OF TURKU<br />

SWITZERLAND<br />

ETH-ZURICH<br />

UNIV. OF GENEVA<br />

ITALY<br />

ASI<br />

CARSO TRIESTE<br />

IROE FLORENCE<br />

INFN & UNIV. OF BOLOGNA<br />

INFN & UNIV. OF MILANO<br />

INFN & UNIV. OF PERUGIA<br />

INFN & UNIV. OF PISA<br />

INFN & UNIV. OF ROMA<br />

INFN & UNIV. OF SIENA<br />

GERMANY<br />

RWTH-I<br />

RWTH-III<br />

MAX-PLANK INST.<br />

UNIV. OF KARLSRUHE<br />

ROMANIA<br />

ISS<br />

UNIV. OF BUCHAREST<br />

RUSSIA<br />

I.K.I.<br />

ITEP<br />

KURCHATOV INST.<br />

MOSCOW STATE UNIV.<br />

CHINA BISEE (Beijing)<br />

IEE (Beijing)<br />

IHEP (Beijing)<br />

SJTU (Shanghai)<br />

SEU (Nanjing)<br />

SYSU (Guangzhou)<br />

SDU (Jinan)<br />

KOREA<br />

EWHA<br />

KYUNGPOOK NAT.UNIV.<br />

TAIWAN<br />

ACAD. SINICA (Taiwan)<br />

CSIST (Taiwan)<br />

NCU (Chung Li)<br />

NCKU (Tainan)<br />

NCTU (Hsinchu)<br />

NSPO (Hsinchu)<br />

AIDC (Taichung)<br />

16 Países, 57 Institutos, 500 Físicos+Ingenieros<br />

Y96673-05_1Commitment


SAMUEL C. C. TING, Premio Nobel de Física 1976


IMPLEMENTING ARRANGEMENT<br />

BETWEEN<br />

THE DEPARTMENT OF ENERGY<br />

AND<br />

THE NATIONAL AERONAUTICS AND SPACE ADMINISTRATION<br />

REGARDING THE<br />

ALPHA MAGNETIC SPECTROMETER IN SPACE PROGRAM<br />

……<br />

III. RESPONSIBILITIES<br />

1- NASA<br />

NASA provides:<br />

3 years on ISS<br />

Project Management …<br />

2- DOE<br />

DOE provides:<br />

Science Management<br />

Detector construction<br />

Reviews<br />

Intern<strong>at</strong>ional collabor<strong>at</strong>ion …


Nunca se ha desplegado un imán superconductor en el espacio<br />

debido a las extraordinarias dificultades técnicas<br />

FASE 1: AMS-01<br />

Imán Permanente<br />

Mínima torsión debida al<br />

campo magnético terrestre<br />

B = 0.5 Gauss<br />

Mínimo campo de fuga<br />

Mínimo peso<br />

8.600<br />

FASE 2: AMS-02<br />

Imán Superconductor<br />

con la misma configuración<br />

de campo magnético


Primer vuelo: AMS-01<br />

Approval: April 1995, Assembly: December 1997, Flight: 10 days in June 1998<br />

Tracker<br />

Time of Flight<br />

y96207_05b<br />

AMS<br />

Aerogel


STS-91<br />

June 1998


Take off<br />

Acceler<strong>at</strong>ion up to 3 g<br />

Random Noise in the Cargobay ~ 150 dB


4 5 6<br />

3<br />

7<br />

2<br />

8<br />

9<br />

1<br />

El transbordador espacial despega como un cohete, vuela<br />

como un s<strong>at</strong>élite, <strong>at</strong>erriza como un avión.<br />

Coste de un vuelo: 400 M$<br />

y05K075a


y04K604


AMS-01: RESULTADOS / RESUMEN<br />

Trigger r<strong>at</strong>e 100 – 700 Hz<br />

~ 10 8 events<br />

Proton Flux<br />

Antim<strong>at</strong>ter Search<br />

•• Cosmic Cosmic Protons, Leptons and and Helium Helium<br />

Phys.<br />

Phys.<br />

Lett.<br />

Lett.<br />

B<br />

B<br />

472<br />

472<br />

(2000)<br />

(2000)<br />

Phys.<br />

Phys.<br />

Lett.<br />

Lett.<br />

B<br />

B<br />

484<br />

484<br />

(2000)<br />

(2000)<br />

Phys.<br />

Phys.<br />

Lett.<br />

Lett.<br />

B<br />

B<br />

490<br />

490<br />

(2000)<br />

(2000)<br />

Phys.<br />

Phys.<br />

Lett.<br />

Lett.<br />

B<br />

B<br />

494<br />

494<br />

(2000)<br />

(2000)<br />

Phys.<br />

Phys.<br />

Rep.<br />

Rep.<br />

366/6<br />

366/6<br />

(2002)<br />

(2002)<br />

•• Search Search for for Antihelium in in Cosmic Cosmic Rays Rays<br />

Phys.<br />

Phys.<br />

Lett.<br />

Lett.<br />

B<br />

B<br />

461<br />

461<br />

(1999)<br />

(1999)


AMS-02: DISEÑO CONCEPTUAL<br />

e –<br />

p<br />

Fe<br />

e +<br />

– ___<br />

P<br />

He<br />

TRD<br />

TOF<br />

Tracker<br />

+<br />

Magnet<br />

RICH<br />

ECAL<br />

<strong>Physics</strong><br />

example<br />

Cosmic Ray <strong>Physics</strong><br />

Strangelets<br />

Dark m<strong>at</strong>ter<br />

Antim<strong>at</strong>ter


TRD<br />

e<br />

AMS-02: SUBSISTEMAS<br />

Time of Flight<br />

v, Z<br />

Silicon Tracker<br />

Z, P<br />

Magnet<br />

P<br />

Calorimeter<br />

e, γ<br />

RICH<br />

v, Z<br />

Size: 3m x 3m x 3m<br />

Weight: 7 tons


Electrons


Protons


<strong>Particle</strong><br />

type<br />

AMS02: Prestaciones Esperadas<br />

p + ~ 1 TeV<br />

He,….C ~ 1 TeV<br />

Light<br />

Isotopes<br />

10 GeV/n<br />

p -<br />

200 GeV<br />

e +<br />

200 GeV<br />

AMS01 AMS02<br />

Anti –<br />

He,...C<br />

Energy<br />

range<br />

~ 1 TeV<br />

In 3 years of d<strong>at</strong>a taking AMS will measure the cosmic<br />

ray fluxes up to energies ~ 1 TeV<br />

~ 10 8 proton events with E > 100 GeV<br />

~ 10 7 He events with E > 100 GeV/n<br />

~ 10 5 C events with E > 100 GeV/n<br />

Ground-based<br />

e -<br />

g<br />

~ 1 TeV<br />

300 GeV<br />

Balloons


AMS-02: “CHALLENGES”<br />

SPACE IS A VERY HOSTILE ENVIRONMENT (Dan Golding)<br />

• LIMITACIONES (PESO, POTENCIA ELÉCTRICA, ANCHO DE BANDA)<br />

• DIFERENCIAS DE TEMPERATURA (-50º , +50º)<br />

• MICROGRAVEDAD<br />

• VACÍO<br />

• VIBRACIONES<br />

• ACELERACIÓN<br />

• RESISTENCIA A LA RADIACIÓN<br />

• REDUNDANCIA<br />

• FIABILIDAD<br />

• PROTECCIÓN ANTI-METEORITOS<br />

• CRIOGENIA & SUPERCONDUCTIVIDAD


Construction of the AMS-02 Superconducting magnet<br />

Racetrack Coils<br />

(2x6)<br />

Dipole Coils<br />

(2x)<br />

Vacuum<br />

Tank<br />

2,500 l<br />

Superfluid He


LA ELECTRÓNICA DE VUELO<br />

(650 MICROPROCESADORES, 300,000 CANALES)


Cryomagnet Avionics (CAB)<br />

CCS<br />

Cryomagnet<br />

Current Source<br />

Cryomagnet Control<br />

and Signal<br />

Conditioning<br />

CCSC<br />

Cryomagnet<br />

Self Protection<br />

CSP<br />

Once the magnet<br />

is charged, it<br />

requires no<br />

additional power<br />

Telemetry and<br />

control of the<br />

cryogenic system,<br />

valves and power<br />

supplies<br />

Keeps the<br />

magnet safe<br />

under all<br />

conditions


AMS ASTRONAUTS<br />

Mark E. Kelly<br />

(Captain, USN)<br />

Gregory H. Johnson<br />

(Colonel, USAF, Ret.)<br />

E. M. “Mike”Fincke<br />

(Colonel, USAF)<br />

Roberto Vittori Andrew J. Feustel Gregory Errol Chamitoff<br />

(Italian Air Force Colonel) (Ph.D.)<br />

(Ph.D.)<br />

At CERN on October 13 - 16, 2009


STS-134 Astronauts with AMS detectors 13-16 Oct 2009


TEST DE AMS-02 EN EL<br />

LARGE SPACE SIMULATOR<br />

EN ESTEC (ESA)


Compromiso NASA<br />

STS 134<br />

JULY - SEPTEMBER<br />

2010


AMS


AMS


The AMS Science Oper<strong>at</strong>ion<br />

and D<strong>at</strong>a Analysis Center <strong>at</strong> CERN<br />

AMS<br />

AMS<br />

USA<br />

FLORIDA A&M UNIV.<br />

JOHNS HOPKINS UNIV.<br />

MIT - CAMBRIDGE<br />

NASA GODDARD SPACE FLIGHT CENTER<br />

NASA JOHNSON SPACE CENTER<br />

NASA KENNEDY SPACE CENTER<br />

FLORIDA STATE UNIVERSITY<br />

(NAT. HIGH MAG. FIELD LAB)<br />

TEXAS A&M UNIVERSITY<br />

UNIV. OF FLORIDA<br />

UNIV. OF MARYLAND<br />

UNIV. OF TEXAS<br />

YALE UNIV. - NEW HAVEN<br />

MEXICO<br />

UNAM<br />

NETHERLANDS<br />

ESA-ESTEC<br />

NIKHEF<br />

NLR<br />

FRANCE<br />

GAM MONTPELLIER<br />

LAPP ANNECY<br />

LPSC GRENOBLE<br />

SPAIN<br />

<strong>CIEMAT</strong> - MADRID<br />

I.A.C. CANARIAS.<br />

PORTUGAL<br />

LAB. OF INSTRUM. LISBON<br />

DENMARK<br />

UNIV. OF AARHUS<br />

CERN<br />

FINLAND<br />

HELSINKI UNIV.<br />

UNIV. OF TURKU<br />

GERMANY<br />

RWTH-I<br />

RWTH-III<br />

MAX-PLANK INST.<br />

UNIV. OF KARLSRUHE<br />

SWITZERLAND<br />

ETH-ZURICH<br />

UNIV. OF GENEVA<br />

ITALY<br />

ASI<br />

CARSO TRIESTE<br />

IROE FLORENCE<br />

INFN & UNIV. OF BOLOGNA<br />

INFN & UNIV. OF MILANO<br />

INFN & UNIV. OF PERUGIA<br />

INFN & UNIV. OF PISA<br />

INFN & UNIV. OF ROMA<br />

INFN & UNIV. OF SIENA<br />

ROMANIA<br />

ISS, UNIV. OF BUCHAREST<br />

RUSSIA<br />

I.K.I.<br />

ITEP<br />

KURCHATOV INST.<br />

MOSCOW STATE UNIV.<br />

KOREA<br />

EWHA<br />

KYUNGPOOK NAT.UNIV.<br />

BISEE (Beijing)<br />

CHINA<br />

IEE (Beijing)<br />

IHEP (Beijing)<br />

SJTU (Shanghai)<br />

SEU (Nanjing)<br />

SYSU (Guangzhou)<br />

SDU (Jinan) TAIWAN<br />

ACAD. SINICA (Taiwan)<br />

AIDC (Taiwan)<br />

CSIST (Taiwan)<br />

NCU (Chung Li)<br />

NCKU (Tainan)<br />

NCTU (Hsinchu)<br />

NSPO (Hsinchu)


...


SUPERCONDUCTIVIDAD


Superconductividad<br />

H. Kamerlingh Onnes<br />

Premio Nobel de Física 1913<br />

Propiedades de la m<strong>at</strong>eria a<br />

bajas temper<strong>at</strong>uras<br />

Licuación de Helio<br />

Superconductividad<br />

Corrientes persistentes<br />

“Knowledge through measurement”


Se ha tardado cien años en desarrollar<br />

la tecnología de superconductividad para<br />

aplicaciones prácticas<br />

• En Investigación en Física<br />

• En Medicina ( ~10 3 MR/año)<br />

• En Medicina (terapia en ciclotrones)<br />

• En Biología (NMR)<br />

• En Almacenamiento de Energía (MES)<br />

• En Tokamaks<br />

• En Magneto-Hidro-Dinámica (MHD)<br />

• La tecnología de Imanes Superconductores debería<br />

desarrollarse para Vuelos Tripulados de larga duración<br />

lb04k026a


Superconductividad en<br />

FÍSICA DE PARTÍCULAS<br />

LHC - CERN


...


PROGRAMA CIENTÍFICO<br />

AMS @ ISS


ESTUDIOS DE PRECISIÓN DE LAS<br />

PROPIEDADES DE LOS RAYOS CÓSMICOS<br />

COMPOSICIÓN A DIFERENTES ENERGÍAS<br />

(1 GeV, 100 GeV, 1 TeV)<br />

F (s -1 m -2 sr -1 GeV -1 )<br />

10 4<br />

10 1<br />

10 -2<br />

10 -5<br />

10 -8<br />

1<br />

5<br />

H<br />

He<br />

Li<br />

Be<br />

B C N<br />

O<br />

Ne<br />

F Mg<br />

Na<br />

Al<br />

10<br />

Z<br />

15<br />

Si<br />

P<br />

S<br />

Cl Ar K<br />

Ca<br />

Sc<br />

Ti<br />

V Cr Mn Fe<br />

Co Ni<br />

10 -11 0.1<br />

20<br />

25<br />

100<br />

1000<br />

10<br />

1<br />

E kin<br />

/n (GeV)


BÚSQUEDA DE ANTIMATERIA EN EL UNIVERSO<br />

AMS en el Espacio<br />

AMS<br />

Search for the existence of anti Universe<br />

Aceleradores<br />

Search for the origin of the Universe<br />

El Big Bang como origen del Universo requiere que<br />

m<strong>at</strong>eria y antim<strong>at</strong>eria<br />

sean igualmente abundantes en el instante inicial


BÚSQUEDA DIRECTA DE ANTIMATERIA CON AMS<br />

Coleccionar 2 mil millones de<br />

núcleos con energías de hasta 2 TeV<br />

Sensitividad de AMS: Si no se encuentra antim<strong>at</strong>eria => No hay<br />

antim<strong>at</strong>eria hasta el confín del Universo observable (~ 1000 Mpc)<br />

La física de antim<strong>at</strong>eria en el Universo se basa en:<br />

Existencia de una nueva fuente de Violación de CP<br />

Existencia de Violación de los N os Bariónico y Leptónico<br />

Teorías de Gran Unificación<br />

Teoría Electrodébil<br />

Supersimetría<br />

Pilares de la<br />

Física Moderna<br />

Tópicos de máxima prioridad en los actuales y futuros aceleradores


BÚSQUEDA DE<br />

MATERIA OSCURA


~ 90% DE LA MATERIA DEL<br />

UNIVERSO NO ES VISIBLE<br />

MATERIA OSCURA<br />

GALAXIA VISTA POR<br />

UN TELESCOPIO<br />

GALAXIA “VISTA” CON<br />

INSTRUMENTOS QUE DETECTAN<br />

MATERIA OSCURA


BÚSQUEDA DE CANDIDATOS MATERIA OSCURA<br />

~ 20% del contenido<br />

MATERIA – ENERGÍA del<br />

Universo<br />

es m<strong>at</strong>eria no visible,<br />

MATERIA OSCURA<br />

Señal de m<strong>at</strong>eria oscura<br />

El estado actual de<br />

conocimiento sugiere que una<br />

nueva partícula es<br />

responsable de la<br />

MATERIA OSCURA<br />

La presencia de <strong>M<strong>at</strong>eria</strong> Oscura produce distribuciones características<br />

de los rayos cósmicos que pueden medirse en AMS - 02<br />

y01K322_1b_03aUS.ppt+lb96064


VUELOS A MARTE


The N<strong>at</strong>ion’s Vision<br />

March 2 - 3, 2004<br />

Associ<strong>at</strong>e Administr<strong>at</strong>or,<br />

Office of Explor<strong>at</strong>ion Systems<br />

Rear Admiral Craig E.Steidle (Ret.)<br />

14. Conduct human expeditions to Mars after acquiring adequ<strong>at</strong>e knowledge and capability<br />

demonstr<strong>at</strong>ion.<br />

Contribuciones de AMS a los Vuelos Tripulados a Marte<br />

1-<br />

2-<br />

3-<br />

Proporcionar conocimiento preciso de la<br />

n<strong>at</strong>uraleza de la radiación cósmica.<br />

Proporcionar conocimientos de ingeniería sobre el<br />

uso de imanes superconductores en el espacio<br />

para blindar los Astronautas a la radiación.<br />

Proporcionar conocimientos de ingeniería sobre el<br />

uso de imanes superconductores en el espacio para<br />

sistemas de propulsión eléctrica , sistemas de<br />

generación de energía y de gravedad artificial.<br />

lb04k025


(1) Aplicación de la tecnología de imanes superconductores<br />

en el Espacio<br />

Efectos de la Radi<strong>at</strong>ion y Protección en Misiones a la Luna y Marte<br />

1- Rayos Cósmicos<br />

Galácticos<br />

: 90 rem/año<br />

2- Fulgores Solares<br />

Fe<br />

He<br />

Cosmic Nuclei<br />

y04K171c<br />

p<br />

B Ne P Ca Mn<br />

Co<br />

DOSIS LETAL ~ 300 rem


“Caja Magnética Faraday” para Vuelos Tripulados a Marte<br />

Fe<br />

B=0 Outside<br />

y04K409<br />

V= 607.4 cuft<br />

COIL WEIGHT<br />

5.6 TONS


(2) Aplicación de la tecnología de imanes superconductores<br />

en el Espacio<br />

Imanes Superconductores para Propulsión Eléctrica (JSC)<br />

Propulsión eléctrica de alta<br />

potencia (VASIMIR) basada<br />

en la tecnología de imanes<br />

superconductores oper<strong>at</strong>ivos<br />

en el espacio.<br />

VASIMIR: VARIABLE-SPECIFIC-IMPULSE MAGNETOPLASMA ROCKET


(3) Aplicación de la tecnología de imanes superconductores<br />

en el Espacio<br />

Imanes Superconductores para Generación de Potencia, NASA<br />

El Vapor Core Reactor para<br />

aplicaciones espaciales utiliza<br />

un imán superconductor para<br />

conversión de potencia MHD<br />

Configuración VASIMR con un<br />

sistema Vapor Core Reactor<br />

Vapor Core Reactor con<br />

conversión de potencia MHD<br />

y04K118a<br />

Prof. Samim Anghaie, Director, Innov<strong>at</strong>ive Nuclear Space Power and<br />

Propulsion Institute, INSPI; University of Florida, Gainesville.


CONCLUSIONES<br />

§ La Ciencia Básica tiene una forma de producir<br />

resultados que desafía la intuición humana.<br />

§ <strong>Antim<strong>at</strong>eria</strong>, Superconductividad, Big Bang,<br />

Exploración Espacial … un ejemplo de lo que la<br />

Ciencia Básica aporta al conocimiento del<br />

Universo y de los enormes e imprevisibles<br />

retornos tecnológicos.


CONCLUSIONES<br />

§ A Finales del Siglo XX se ha alcanzado una<br />

descripción extraordinariamente profunda y<br />

precisa del Mundo Físico.<br />

§ En el inicio del Siglo XXI estamos en<br />

condiciones de formular y contestar<br />

cuestiones verdaderamente trascendentales.


ALBERT EINSTEIN<br />

LO MÁS INCOMPRENSIBLE DEL UNIVERSO<br />

ES QUE SEA PERFECTAMENTE COMPRENSIBLE


4<br />

EL PRODUCTO MÁS IMPORTANTE<br />

DEL CONOCIMIENTO ES<br />

LA IGNORANCIA<br />

David J. Gross<br />

Premio Nobel 2004


SHOOT FOR<br />

THE MOON


EVEN IF YOU MISS,<br />

YOU WILL LAND AMONG THE STARS


EPÍLOGO<br />

Para mi no ha habido<br />

una mayor s<strong>at</strong>isfacción,<br />

recompensa o<br />

distinción que aquella<br />

que está asociada con<br />

los avances de la<br />

CIENCIA<br />

Sir Isaac Newton


MUCHAS GRACIAS

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