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II Jornadas I+D+i Promalaga - Miguel Ángel Sanchis - CERN

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II Jornadas I+D+i Promalaga - Miguel Ángel Sanchis - CERN

  1. 1. II Jornadas I+D+i (organizadas por Promálaga) El gran reto científico y tecnológico del siglo XXI: El Gran Colisionador Hadrónico (LHC) Miguel Ángel Sanchis Lozano E-mail: Miguel.Angel.Sanchis@ific.uv.es Instituto de Física Corpuscular (IFIC) Universidad de Valencia Centro Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) CAC Málaga 1 28 de Abril de 2009
  2. 2. Homo sapiens neanderthalensis Pan troglodytes : Chimpancé común Homo sapiens sapiens Antropos: levanta los ojos hacia arriba El hombre, por naturaleza, desea saber Aristóteles Lo cosa más incomprensible del Universo … es que se pueda comprender, Einstein 2
  3. 3. EL OBJETIVO DE NUESTRA INVESTIGACIÓN ¿De qué está hecho el mundo? Los átomos de Demócrito 485-430 a.C. 460-370 a.C. Tabla periódica de los elementos Desde el siglo XIX Los “elementos” según Empédocles Descubrimiento de la Radioactividad Los átomos no son indivisibles Becquerel, finales del siglo XIX 3
  4. 4. Los componentes de la materia ordinaria Moléculas, átomos, protones, electrones, quarks… De mayor a … … a menor tamaño Quarks y leptones: “ladrillos” de la materia conocida Hadrones Partículas compuestas de quarks Materia y antimateria 4
  5. 5. Las (cuatro) fuerzas fundamentales Las fuerzas o interacciones se pueden entender mediante el intercambio de otras partículas s 5
  6. 6. Materia: tres familias de quarks y leptones Fuerzas: fotones, gluones, bosones W y el Zº El bosón de Higgs ¡Aún por descubrir! ¡La gravedad va aparte! Agujero negro absorbiendo una estrella ¿Existe algún límite? 6
  7. 7. EL “BIG BANG” La creación del mundo Miguel Ángel El Universo se formó en una gran explosión que creó el espacio … y el tiempo 7
  8. 8. ¡LA ENERGÍA OSCURA DOMINA EL UNIVERSO! Satélite SNAP (en proyecto) Sólo “conocemos” el 5% del Universo En nuestra galaxia, donde hay 10 000 millones de estrellas, existe más materia oscura que materia visible ¡pero todavía hay más energía oscura! La energía oscura es la que acelera la expansión del universo ¿La constante Einstein cosmológica? Materia, materia y energía oscuras 8
  9. 9. Distintos finales del Universo El Gran Desgarro (Big Rip) Galatea de las esferas, Dalí Los átomos se “desgarrarán” y el tiempo Saturno, Goya se detendrá Reloj blando, Dalí 9
  10. 10. The universe is expanding & accelerating! ↓ DARK ENERGY 10
  11. 11. La Física: ciencia experimental La observación y experimentación siempre han l sido, e son y, seguro, serán esenciales para el desarrollo en r de la física za di fun pr o Newton, Galileo, Kepler, y OS Halley.., son famosos por sustos NT c ME grandes contribuciones aefe la RU dinámica gravitatoria vos en ST y ue iso los IN nc particular del movimiento de OS r pr e r va e s EV sistemas planetarios. e, NU bs t o on R UI ie ara ci hubieran TR PeroPnuncam S logrado llegar a sus conclusiones sin el o desarrollo de CON on nuevos instrumentos, telescopios, que les c permitieron observar lo que hasta entonces jamás se había observado. 11
  12. 12. Las escalas de nuestro mundo Lo “grande”: 1022 m” Escala en 10-18 m Escala en m Lo “pequeño”: 10-18 m” 12
  13. 13. Según la escala se requiere un “instrumento” para ver en el interior y de qué están hechos de los cuerpos Cuanto más “adentro” queremos mirar más energía hemos de emplear 13
  14. 14. Cómo se “observa” ahora en Física de Partículas: Experimentos en Aceleradores Longitud Energía (metros) metros) (electron-Volt) (electron-Volt) electron Microscopio Electrónico Ciclotrón Acelerador Lineal Sincrotrón 14
  15. 15. Los Instrumentos: Aceleradores mb E0 Nsucesos = L x σ Blanco Fijo L ** L = Luminosidad E~(2mbE0)1/2 E* σ = Sección Eficaz Circular e+e- Condiciones E0 E0 L *** del Experimento pp E *** (la energía del proceso, pp el estado inicial…) ep Colisionadores E=2E0 Lineal L ∝ Npartf/A ∝ ∆Eperdida E4/R f ~ µsec-nsec L ** e+e- ∝ A ~ 20 x 200 µm2 ∆Eperdida 1/m4 E *** Npart ~ 1010-12 part. 10- 15
  16. 16. Los Instrumentos: Los detectores Principio de detección del paso de una partícula: interacción con el medio + conversión en señal eléctrica + digitalización + procesado .... Fuente Blanco Detector de Si El detector Detector p ∆T<10 ns h+ Q ~ 3-4 fC n e- Resolución Espacial 5-15 µm 16 n+ +V
  17. 17. Cuestiones sin resolver por el Modelo Estándar Nuestro modelo sin embargo no ofrece respuestas a: s i gg r • Cuestiones formales: ve H l el 1. ¿Por qué una teoría Gauge? so , e 2. ¿Qué son las partículas? ¿y las cuerdas a ¿y lasin r z? membranas? ie ss ap nta n Cuestiones fenomenológicas: a u • u r eg lt 1. ¿Por qué tres familias? fa sp le 2. ¿Por qué algunas partículas tienen masa? ¿cómo se origina la masa? da S a M 3. ¿Existe el Higgs? ¿es unasi el partícula? ma eνd ~ 10-7 m(e)? z m(ν la asimetría materia-antimateria observada en el Universo? 4. ¿Por qué zl ) de 5. ¿Sel entiende deja pu A , 6. ¿Cuál es elsorigen de la Materia Oscura? má 7. ¿Por qué f(gravedad) ~ 10-40 f(eléctrica)? ¿existe una fuerza unificada? e ad 8. ¿Realmente en el Universo existen tres dimensiones espaciales (D=3+1) D=3+1)? D=3+1) , y e+ e- γ 17
  18. 18. Lo GRANDE y lo PEQUEÑO están correlacionados ? ? ¿? ¿? Cuánto mas sabemos mas nos cuesta establecer la frontera entre grande” lo grande y lo pequeño “lo peque o” “lo COMPLEMENTARIEDAD 18
  19. 19. 19
  20. 20. EL LHC: Large Hadron Collider p, Pb p,Pb 7 TeV + 7 TeV p-p colisiones (L =1034cm-2s-1) Motivación: Origen de la masa, materia oscura, materia vs antimateria (ATLAS,CMS, LHC-B) Pb-Pb colisiones (L =1027cm-2s-1) Pb- Motivación: Quark-Gluon plasma (ALICE) 20
  21. 21. Descubrimiento de América por Colón Utilizar tecnología punta en navegación: la carabela portuguesa Gracias a: • un modelo semi-erróneo de la Tierra, semi- • una gran experiencia y sabiduría como marino y • el uso de tecnologías punteras en navegación, el viaje pudo ser proyectado y … realizado Nota: el proyecto fue rechazado por los “Comités Científicos” de la época, tanto en Portugal como en España. 21
  22. 22. El proyecto LHC 1) Descubrir el bosón de Higgs y el origen de la masa 2) Comprender porqué hay más materia que antimateria en el universo 3) Encontrar la materia oscura (¿partículas supersimétricas?) 4) Estudiar la unificación de las fuerzas y entender qué puede ser la energía oscura, … Túnel del LHC 22
  23. 23. 23
  24. 24. El CERN Fundado en 1954 Situado en Ginebra (Suiza) Una de las primeras aventuras europeas de colaboración internacional. Actualmente cuenta con 20 estados miembros (entre ellos España). Otros estados participan en calidad de “estados observadores” (EEUU, Japón, Rusia ... ) . Contribución de acuerdo con PIB de cada pais (España contribuye alrededor del 8,5%). Mas de 8.000 científicos de todo el mundo participan en experimentos del CERN (Consejo Superior de Investigaciones Científicas –CSIC- son unos 5.000 científicos). 24
  25. 25. ¿Agujeros negros en el LHC? Los agujeros negros Dimensiones extra se “evaporan” Sólo se formarían agujeros negros más rápidamente en el LHC cuanto si hay más de tres dimensiones menos masa tienen espaciales (para que la gravedad sea mucho más fuerte en las distancias cortas) 25
  26. 26. Participación Española en el LHC GRID: Tier 1 3 Tier 2 Pp, B-physics, CPV LHCb Contr. Española: SCT, Ecal-LAr, TiCal, LHC : 27 km cir. ~100m profundidad Contr. Española: InTrk, ScintPaDet ATLAS/LHCf Propósito General, Contr. Española: pp, ions Miembro del CERN Contr. Española: µ-system, Iones Pesados ALICE Contr. Española: CMS/TOTEM 26 Computing,
  27. 27. ATLAS IFAE (Barcelona) CNM-IMB (Barcelona) IFIC (Valencia) UAM (Madrid) CMS 4 CIEMAT (Madrid) IFCA (Santander) UO (Oviedo) UAM (Madrid) LHCb UB (Barcelona) URL (Barcelona) USC-IGFAE (Santiago) ALICE CIEMAT (Madrid) USC-IGFAE (Santiago) Participación Española en el LHC 27
  28. 28. 28
  29. 29. La Física de Partículas en España Ministerio de Ciencia e Innovación Universidades (~60) CSIC CIEMAT Otros 117 Institutos 18 con actividades FPA Basic Research LSC Dept. Dept. • Centros Mixtos CSIC IFIC**,IFCA, IAC Tecnologías IEM*,IMAFF, IFT* IFIC Valencia PIC (*solo teoría) IFCA Santander (aceleradores) (** parcialmente • Centros Mixtos con teoría) Gobiernos Autonomicos CNM- IAA, CNM-IMB IFAE Barcelona CAFPE Granada IGFAE Santiago 29
  30. 30. Aceleradores, I+D, ILC Física Nuclear HEP Research in Spain GRID Aplicaciones: Física Médica Experimental 7% Teoría 5% 15% 39% 15% Física de Astro-Partículas 19% Física de Partículas Experimental TOTAL: 886 EDPs Experimental (2006-2008) 30
  31. 31. Física Teórica de Partículas 34 3 4 Partículas. Astro-Partículas & Gravedad/Cosmología 31
  32. 32. Física Nuclear 4 4 FAIR ISOLDE N-TOF GANIL LEGNARO JEFFLAB LOUVAIN JAVALSKAYA Grupos Experimentales Grupos Teóricos 32
  33. 33. Canfranc AUGER MAGIC DM, 2β Bipo (SN) 4 Bipo (SN) DES AUGER CAST,ANAIS MAGIC 4 DM AMS ANTARES DES Bipo (SN) Física de Astro- Partículas DM Experimental (2008) AUGER La Palma Grupos Experimentales Infraestructuras Científicas 33
  34. 34. EES, Bilbao 4 ALBA, Barcelona Tandem, Tandem, Madrid 4 Light Source Synchrtron UAM IFIMED, Valencia Medical Applications Accelerator Infraestructures CNA, Sevilla Operating infrastructures Future infrastructure initiatives 34
  35. 35. Producción Española Scientific Publications (CERN SCOAP3 Study Group) España 3,1% (dividido por el número total publicaciones y autores, doble normalización) 35
  36. 36. Producción Española Olympic Ranking (The New York Times) la s u tíc ar P de a ísic F n OS ,e ia EM c en OD Ci nP en bié y a tam añ p Es En En los Juegos Olímpicos de Pekín, España: 2% de la medallas, 14 en el ranking En Física de Partículas, España: 3,1% peso en publicaciones, 9 en el ranking 36 @ Informe P5 EEUU
  37. 37. Algunos Ejemplos I+D, Tecnologías Computación • – E-Ciencia (Tecnologías GRID) Semiconductores: • – Detectores de Silicio – Imagen Médica – Resistencia a la radiación – Micro-soldado de Alta Densidad IFCA Aceleradores: • – Imanes – Criogenia – RadFrec, Fuentes de Tensión Proyectos: • – CLIC/CTF3 – ILC, ATF2 – SLHC, RD50 – Dear Mama, CIMA 37
  38. 38. Médica: Médica, Física Médica: Imagen Médica, radiotrazadores radio- Uso de radio-isótopos en medicina ¿Cómo se utilizan? • Uso de una sustancia bioquímica cuya distribución en el cuerpo dependa de cómo/dónde se encuentre el tumor. • Adjuntar a la sustancia bioquímica un radiotrazador que se inyecta al paciente. • Medir la distribución de las trazas. • Interpretar los resultados y reconstrucción de las imágenes. Contribución de los físicos de partículas: • Construcción de detectores • Reconstrucción de imágenes 38
  39. 39. Mini Camara Gamma Diagnóstico de cáncer Melanoma ganglio centinela Hospital Clínico de Barcelona Hipertiroidismo. Hospital 9 de Octubre, Valencia 39
  40. 40. Mini Cámara Gamma: Diagnóstico neurológico Imagen del Cerebro de un Ratón 40
  41. 41. Radioterapia, Hadroterapia protons or carbon ions XPhotons rays Protons Photons Protons Protones 25 cm Tumor 200 MeV Haz de hadrones Iones de Carbono 4600 MeV Tratamiento convencional de tumores por radioterapia, Rayos-X Hadroterapia (protones, iones). Ofrece una mejor modulación y localización del tratamiento. ¡Incluso se estudia con anti-materia ! 41
  42. 42. Sir Edmund Hillary Reinhold Messner Investigador, se hace ciencia al investigar y, al volver la vista atrás, Investigación: una aventura de hoy en la que se ven las aplicaciones a ser pionero dado lugar aún se puede las que ha (¡¡¡ y que me perdone A. Machado !!) 42
  43. 43. Ciencia básica y tecnología Física de la Tierra, Ciencias medio- ambientales, Ecología … Física nuclear y de partículas, Astrofísica, Energías alternativas Física Cuántica, Nanotecnología, Computación Cuántica… Física médica, Biotecnología … 43

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