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L H C


LHC es el más potente dos aceleradores de partículas do mundo y está ubicado en el CERN sobre la frontera franco-suiza.

Utiliza parte de la estructura del ya clasurado acelerador LEP, con una circunferencia de 27 km y situado a 100 m bajo tierra.

L A R G E (Gran):

El tamaño de un acelerador está relacionado con la máxima energía obtenible. En el caso de un colisionador circular, esa energía es función del radio de la máquina y de la intensidad del campo magnético dipolar que "dirige" las partículas en sus órbitas. El LHC utiliza alguno de los más potentes dipolos magnéticos y cavidades de radiofrecuencia que existen. Las dimensiones del tunel, imanes, cavidades y otros elementos importantes de la máquina, representan los principales condicionamientos que determinan el diseño del acelerador, para lograr una energía de 7 TeV por protón.
   


H A D R O N:

En el LHC se aceleran dos haces (beam) de partículas del mismo tipo, sean protones o iones de Pb, que pertenecen a la familia de los hadrones.

Un hadrón, es una partícula compuesta de quarks y que "siente" la interacción fuerte. Ejemplos de hadranes son los protones y los neutrones.

   

C O L L I D E R (Colisionador):

Un colisionador (máquina en la que haces de partículas colisionan circulando en sentidos contrarios) tiene una gran ventaja sobre aceleradores donde los haces colisionan con un blanco estacionario.

Cuando dos haces colisionan, la energía de la colisión es la suma de las energías de los dos haces:

   

En los tubos por los que los haces viajan, se necesita un alto vacío. La presión en el interior es del orden de una mil millonésima de atmósfera.

Los protones van "empaquetados" en grupos (bunches) de 7,48 cm de longitud y con 1 mm2 de SECCIÓN, cuando están lejos de zonas de interacción, y de 16 x16 μm en las zonas de interacción (detectores).

   
Los paquetes (bunches) de protones distan entre sí 7,5 m. Por tanto, en la circunferencia de 27 km debería haber:

26659 / 7,5 ~ 3550  bunches.

Sin embargo, para poder insertar nuevos "paquetes", cuando son extraídos otros que ya no son operativos, es necesario disponer de espacio suficiente.

El número efectivo de "bunches" es de 2808.

Por tanto la ratio de "bunches con protones" es: f = (2808/3550) ~ 0,8

Cada "bunch" contiene 1,15·1011 protones (1 cm3 de H2 en condicións normales ~1019 protones).

Como ya se comentó, cada paquete es "colimado" -comprimido- hasta una dimensión de sección de 16 x16 μm cuando llegan a los puntos de interacción (Interaction Point - IP) donde tienen lugar las colisiones.

El "volumen ocupado" por cada protón en el punto de interacción es: (74800 x16 x16) / (1,15·1011) ~ 10-4 μm3

Eso es aún mucho mayor que el volumen que ocupa un átomo!!! Por tanto una colisión es algo muy raro.


La probabilidad de que un protón de un paquete (bunch) golpee a otro protón de un paquete que viene en sentido contrario se puede obter aproximadamente a partir del cociente entre el tamaño del protón (d2 con d~1fm) y el tamaño de la sección del bunch (σ2, con σ=16 micras), en el punto de interacción.

Entonces:         Probabilidad ≈ (d2)/(σ2) Probabilidad ≈ 4·10-21

Pero con 1,15·1011 protones/bunch se producen un buen número de interacciones.

Así, el número de interacciones será:     Probabilidad x N2   (con N = número de protones por bunch)

Por tanto ,        (4·10-21) x ( 1,15·1011)2      ~ 50 interacciones cada cruce

Pero solo una fracción de esas interacciones (~50%) son choques inelásticos que dan lugar a la creación de nuevas partículas a ángulos suficientemente elevados respecto del eje del haz.

Por tanto, habrá alrededor de 20 colisiones "efectivas" cada cruce.

Como hay 11245 cruces por segundo, tendremos:

11245 x 2808 = 31,6·106cruces/s , que es el llamado "average crossing rate "

(32·106cruces/s)x(20 colisiones/cruce) 600 millones colisiones/s

Si considerasemos los 3550 bunches teóricos: 11256 x 3550 = 40 millones de cruces  ⇒ 40 MHz