Os Aceleradores de Partículas e as Experiências do CERN - Sprace
Os Aceleradores de Partículas e as Experiências do CERN - Sprace Os Aceleradores de Partículas e as Experiências do CERN - Sprace
2013 EDITION www.physicsmasterclasses.org
- Page 2 and 3: Programa • A Estrutura Elementar
- Page 4 and 5: Como se observa o mundo?
- Page 6 and 7: Rutherford e o Espalhamento Alvo Di
- Page 8 and 9: Acelerador Linear • Partículas c
- Page 10 and 11: Além da Física Milhares de aceler
- Page 12 and 13: Vista Aérea do Fermilab
- Page 14: Vista Aérea do LHC
- Page 18 and 19: Alvo para alinhamento Eletricidade
- Page 20: Atlas: Magnet Toroid End-Cap
- Page 27 and 28: Caverna do Experimento 2003! 2004!
- Page 30 and 31: A Estrutura do Detector
- Page 32 and 33: Montagem das Câmaras de Múons
- Page 34 and 35: Inserção do Calorímetro EM Jul
- Page 36 and 37: Sistema de Traços Central
- Page 38 and 39: Visão Frontal da Parte Central
- Page 40 and 41: CMS: Sala de Controle
- Page 42 and 43: Compact Muon Solenoid | Peso: 16.00
- Page 44 and 45: 13/05/13 INFIERI vs HEP-asn 44
- Page 46 and 47: 13/05/13 INFIERI vs HEP-asn 46
- Page 48 and 49: 13/05/13 INFIERI vs HEP-asn 48
- Page 50 and 51: Processamento dos Dados Underground
2013 EDITION<br />
www.physicsm<strong>as</strong>tercl<strong>as</strong>ses.org
Programa<br />
• A Estrutura Elementar da Matéria<br />
– Do que o mun<strong>do</strong> é feito:<br />
• As partícul<strong>as</strong> e su<strong>as</strong> interações<br />
– Um pouco <strong>de</strong> história:<br />
• Descobert<strong>as</strong> <strong>do</strong> último século<br />
• <strong>Os</strong> <strong>Acelera<strong>do</strong>res</strong> e <strong>as</strong> Experiênci<strong>as</strong> <strong>do</strong> <strong>CERN</strong><br />
– Exploran<strong>do</strong> o mun<strong>do</strong> subatômico:<br />
• <strong>Acelera<strong>do</strong>res</strong> e <strong>de</strong>tectores<br />
– A Física <strong>do</strong> Large Hadron Colli<strong>de</strong>r – LHC<br />
• Introdução à Análise <strong>de</strong> Da<strong>do</strong>s<br />
– Exercício M<strong>as</strong>terCl<strong>as</strong>s:<br />
• I<strong>de</strong>ntificação e proprieda<strong>de</strong>s <strong>do</strong>s W, Z e Higgs
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Parte 3<br />
Exploran<strong>do</strong> o mun<strong>do</strong><br />
subatômico: <strong>Acelera<strong>do</strong>res</strong> e<br />
<strong>de</strong>tectores
Como se observa o mun<strong>do</strong>?
Exploran<strong>do</strong> o mun<strong>do</strong> subatômico<br />
1910 Rutherford:<br />
Uma idéia que <strong>de</strong>u certo!<br />
...<br />
1995 Tevatron/Fermilab<br />
2009 LHC/<strong>CERN</strong><br />
2015 ILC<br />
?<br />
...
Rutherford e o Espalhamento<br />
Alvo Difuso<br />
sem <strong>de</strong>svio<br />
pequeno ângulo<br />
<strong>de</strong> espalhamento<br />
Alvo Puntual<br />
Gran<strong>de</strong> ângulo <strong>de</strong><br />
espalhamento
Alvo Fixo X Anel <strong>de</strong> Colisão<br />
Alvo%Fixo%<br />
prótons<br />
Alvo<br />
Anel%<strong>de</strong>%Colisão%<br />
prótons<br />
prótons
Acelera<strong>do</strong>r Linear<br />
• <strong>Partícul<strong>as</strong></strong> carregad<strong>as</strong> e estáveis são acelerad<strong>as</strong><br />
– Energia é limitada apen<strong>as</strong> pelo comprimento<br />
– Alvo fixo: feixe se per<strong>de</strong> após a colisão
Cíclotron<br />
Magneto<br />
Polo Norte<br />
Campo Elétrico<br />
Alterna<strong>do</strong><br />
Polo Sul<br />
Feixe<br />
Magneto
Além da Física<br />
Milhares <strong>de</strong> acelera<strong>do</strong>res e<br />
<strong>de</strong>tectores <strong>de</strong> partícul<strong>as</strong> são<br />
utiliza<strong>do</strong>s hoje em Medicina
Complexos <strong>de</strong> <strong>Acelera<strong>do</strong>res</strong>: Fermilab
Vista Aérea <strong>do</strong> Fermilab
Complexo <strong>de</strong> <strong>Acelera<strong>do</strong>res</strong>: <strong>CERN</strong>
Vista Aérea <strong>do</strong> LHC
Eduar<strong>do</strong> Gregores I Escola <strong>de</strong> Física da UFABC 16
Alvo para alinhamento<br />
Eletricida<strong>de</strong> para Quadrupolo<br />
Tubo troca <strong>de</strong> calor<br />
Super Isolamento<br />
Bobina Supercondutora<br />
Tubo <strong>do</strong> Feixe<br />
Tubo <strong>de</strong> vácuo<br />
Tela <strong>do</strong> feixe<br />
Eletricida<strong>de</strong> auxiliar<br />
Cilindro <strong>de</strong> Hélio<br />
Escu<strong>do</strong> térmico<br />
Colar não- magnético<br />
M<strong>as</strong>sa Fira (1,9 K, Ferro)<br />
Eletricida<strong>de</strong> para Dipolo<br />
Suporte
Sala <strong>de</strong> Controle <strong>do</strong> LHC
Atl<strong>as</strong>: Magnet Toroid End-Cap
A Construção <strong>do</strong> CMS
Caverna <strong>do</strong> Experimento<br />
2003!<br />
2004!
Nov/2006
A Estrutura <strong>do</strong> Detector
O Solenói<strong>de</strong> Supercondutor
Montagem d<strong>as</strong> Câmar<strong>as</strong> <strong>de</strong><br />
Múons
Câmar<strong>as</strong> <strong>de</strong> Múons d<strong>as</strong> Tamp<strong>as</strong>
Inserção <strong>do</strong> Calorímetro EM<br />
Jul’07
Montagem <strong>do</strong> ECAL<br />
Module<br />
400 crystals<br />
Supermodule<br />
1700 crystals<br />
Total 36 Supermodules
Sistema <strong>de</strong> Traços Central
Sistema <strong>de</strong> Detetores <strong>de</strong> Silício
Visão Frontal da Parte Central
Detector em mo<strong>do</strong> <strong>de</strong> operação
CMS: Sala <strong>de</strong> Controle
Detectores<br />
• Determinar a trajetória d<strong>as</strong> partícul<strong>as</strong><br />
– Câmar<strong>as</strong> <strong>de</strong> fios, arr<strong>as</strong>to, projeção temporal<br />
– Detectores <strong>de</strong> silício<br />
• Medir a energia d<strong>as</strong> partícul<strong>as</strong><br />
– Calorímetro Eletromagnético<br />
– Calorímetro Hadrônico<br />
• Medir momento d<strong>as</strong> partícul<strong>as</strong><br />
– Curvatura no campo magnético<br />
• I<strong>de</strong>ntificar a partícula<br />
– Conjunto <strong>de</strong> su<strong>as</strong> proprieda<strong>de</strong>s
Compact Muon Solenoid<br />
| Peso: 16.000 ton. | Diâmetro: 15 m | Comprimento: 21,6 m | Campo Magnético: 4 Tesla |
13/05/13 INFIERI vs HEP-<strong>as</strong>n 43
13/05/13 INFIERI vs HEP-<strong>as</strong>n 44
13/05/13 INFIERI vs HEP-<strong>as</strong>n 45
13/05/13 INFIERI vs HEP-<strong>as</strong>n 46
13/05/13 INFIERI vs HEP-<strong>as</strong>n 47
13/05/13 INFIERI vs HEP-<strong>as</strong>n 48
<strong>Partícul<strong>as</strong></strong> no Detector CMS
Processamento <strong>do</strong>s Da<strong>do</strong>s<br />
Un<strong>de</strong>rground P5<br />
Superfície P5<br />
Tier-0 <strong>CERN</strong><br />
Tier-2 São Paulo (SPRACE/GridUNESP)
Sistema <strong>de</strong> Processamento
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Parte 4<br />
A Física <strong>do</strong> LHC
Dos da<strong>do</strong>s à Física<br />
Da<strong>do</strong>%Cru%<br />
(Raw%Data)%<br />
Resposta%<br />
<strong>do</strong>%Detector%<br />
Interação%com%<br />
Material%<br />
Decaimento%e%<br />
Fragmentação%<br />
Fenômenos%<br />
Físicos%<br />
Alinhamento/Calibração%<br />
Conversão%<strong>de</strong>%bits%em%quan9da<strong>de</strong>%<br />
:sic<strong>as</strong>%<br />
Reconstrução%<br />
Reconhecimento%<strong>de</strong>%Padrões%e%<br />
I<strong>de</strong>n9ficação%<strong>de</strong>%ParDcul<strong>as</strong>%<br />
Análise%Física%<br />
Comparação%com%mo<strong>de</strong>los%
Seleção <strong>do</strong>s Eventos <strong>de</strong> Interesse<br />
• 40 milhões <strong>de</strong> cruzamentos <strong>do</strong> feixe / segun<strong>do</strong><br />
• 1 bilhão <strong>de</strong> colisões / segun<strong>do</strong><br />
• 10.000 traços no <strong>de</strong>tector / 25 ns<br />
• 40 TeraBytes <strong>de</strong> da<strong>do</strong>s produzi<strong>do</strong>s / segun<strong>do</strong><br />
• Dois estágios <strong>de</strong> seleção:<br />
– Hardware:<br />
• Eletrônica rápida:<br />
– 40 MHz ! 100 kHz<br />
– Software:<br />
• 30.000 CPU’s<br />
– 100 kHz ! 100 Hz
Análise da Produção <strong>de</strong> Pares <strong>de</strong><br />
Múons<br />
p + p → µ + + µ − + X
Medida da M<strong>as</strong>sa <strong>do</strong> Méson J/Psi<br />
p + p → J /ψ + X → µ + µ − + X
Medida da M<strong>as</strong>sa <strong>do</strong> Bóson Z 0<br />
p + p → Z 0 + X → e + e − + X<br />
p + p → Z 0 + X → µ + µ − + X
Característic<strong>as</strong> <strong>do</strong> Bóson W<br />
p + p → W + X → e + ν e + X<br />
p + p → W + X → µ + ν µ + X
H ! γγ<br />
Candidate
H → ZZ * → 4<br />
μ + (Z 1 )%%<br />
p T %:%43%GeV%<br />
e F (Z 2 )%%<br />
p T %:%10%GeV%<br />
μ F (Z 1 )%%<br />
p T %:%24%GeV%<br />
e + (Z 2 )%%<br />
p T %:%21%GeV%
1 Higgs em 1 trilhão <strong>de</strong> eventos<br />
1 em 1000000000000
Combined Results<br />
121.5 < M H < 128 GeV<br />
Cannot be exclu<strong>de</strong>d at 95% CL<br />
Background-only
Local p-Value<br />
Probability for a background fluctuation to be at le<strong>as</strong>t<br />
<strong>as</strong> large <strong>as</strong> the observed maximum excess<br />
• Chance <strong>de</strong> não haver <strong>de</strong>scoberto<br />
= 1 em 1.744.278 (5 sigm<strong>as</strong>)
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FIM DA PARTE 4
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