HiLumi LHC - CERN Document Server

CERN-ACC-SLIDES-2014-0102
HiLumi LHC
FP7 High Luminosity Large Hadron Collider Design Study
Presentation
` Come Conoscerla?
Che cos’e` la Realta?
Rossi, L (CERN)
30 October 2014
The HiLumi LHC Design Study is included in the High Luminosity LHC project and is
partly funded by the European Commission within the Framework Programme 7
Capacities Specific Programme, Grant Agreement 284404.
This work is part of HiLumi LHC Work Package 1: Project Management & Technical
Coordination.
The electronic version of this HiLumi LHC Publication is available via the HiLumi LHC web site
<http://hilumilhc.web.cern.ch> or on the CERN Document Server at the following URL:
<http://cds.cern.ch/search?p=CERN-ACC-SLIDES-2014-0102>
CERN-ACC-SLIDES-2014-0102
Che cos’è la Realtà?
Come Conoscerla?
LHC project
Ferrara 30 Ottobre 2014
Lucio Rossi
LHC project
L’inizio: Padova, Gennaio 1610
«… cose mai viste prima»
In cerca di certezze…
LHC project
Cosa cerchiamo con la fisica delle particelle elementari?
Perchè abbiamo bisogno di tecnologie di frontiera?
LHC project
Fisica delle particelle: verso
l’infinitamente piccolo …
Why accelerators? To investigate Particle Physics
Accelerators
Microscopes
Binoculars
Optical, radio télescopes
La Fisica dele Particelle osserva la materia nella sua più piccola
dimensione. Gli acceleratori sono finissimi microscopi: atto-scopi!
 = h/p ; @LHC: T = 1 TeV    10-18 m
Gli acceleratori sono dei nano-nanoscopi
LHC project
AccelEratorI:
macchine del tempo
•Viaggio indietro nel tempo ts1/E2Gev
•T  1 ps per creazione di particelle singole
•T  1 s per fenomeni collettivi QGS (Quark-Gluon Soup)
In ogni caso poi rimane il compito di spiegare come si arriva
alla complessità che si sviluppa nei 13,7 miliardi di anni che
seguono... Molto più difficile!
Proprio come l’astrofisica
LHC project
Leptons Quarks
La “summa” di 40 anni di ricerche :
il modello standard
LHC project
u c t g
d s b g
e  t W
up
down
charm
top
strange bottom
electron
muon
e-neutrino
-neutrino
gluon
photon
tau
W boson
t-neutrino
Z boson
ne n nt Z
Higgs
Boson?
© Brian Foster
Particelle
e
Forze
Ciascuna
con la sua
antiparticella
Cosa rimane quindi ?
LHC project
Il modello standard è una buonissima descrizione dellÚniverso alla
scala delle particelle che conosciamo
Ma non risponde a molte domande
Perchè tante particelle?
Perchè diversi tipi di forza?
Cosa è la massa?
Perchè le particelle hanno la massa che hanno?
i neutrini soo leggerissimi < 1 meV
elettrone: 511 eV
protone 1 GeV (1 miliardo di eV
quark top : 170 GeV !!!!
alcune particelle-forza (fotone) non hanno massa
altre particelle-forza (Z, W) sono massicci: 80-90 GeV
Prove delLA meteriA oscura
LHC project
Gasesous Matter
Collisione fra due ammassi di galassie @4500km/s
“Bullet Cluster” Clowe et al.
Direct evidence for collisionless Dark Matter
Chandra, Magellan, HST, Gravitational Lensing
Prova dell’Energia Oscura
LHC project
13.85 Miliardi di Anni
1030
m
Oggi
LHC project
Il contenuto massa –energia
dell’universo
Gli strumenti della HEP
LHC project
1) Concentrate energy on
particles (accelerator)
2) Collide particles (recreate
conditions after Big Bang)
3) Identify created particles in
Detector (search for new clues)
Entrambi richiedono
tecnologie di punta
(superconduttività, e
molte altre)
CERN
LHC project
European Organization for Nuclear Research
Fondato nel 1954, oggi 20 stati membri
Più di 10000 utilizzatori da tutto il mondo
~650M€ di budget annuale
2250 staff permanente
2004: The 20 member states
LHC: il gigante con 4 grandi occhi
LHCb
LHC project
CMS
ATLAS
Explorazione della nuova frontiera con
collisioni adroniche
LHC ring:
27 km circumference
L.Rossi@RheinMe
14
ALICE
The main dipole long theory
LHC project
1232 main dipoles
+ 3700 multipole corrector
magnets
Un progetto di 25 anni
LHC project
Barrel Toroid magnet system
LHC project
LHC project
La firma dell’Higgs a LHC
L’ago nel pagliaio!
I due fasci di protoni controcircolanti si
incroceranno 100 milioni di volte al secondo !
Ballon
(30 Km)
Pile de CD
contenant une
année de données
du LHC! (~ 20 Km)
Concorde
(15 Km)
Mt. Blanc
(4.8 Km)
We expect only 1 Higgs in
1,000,000,000,000 events
10 settembre 2008: la riuscita
LHC project
Connessione e incidente
LHC project
Vedere articolo su http://www.ilsussidiario.net/articolo.aspx?articolo=48957
LHC project
Hints indicating a possibility
December 2011: 99% probability
21Mar2014
Higgs 2 Z 4 
LRossi@PadovaDi
21
LHC project
Higgs: l’ago
nel pagliaio
NON si vede
direttamente!
Z μμ
Z μμ event from 2012 data with 25 reconstructed vertices
4 July 2012 : Boson got!
LHC project
21Mar2014
23
Brout – Englert – Higgs mechanism
2013 Nobel Prize
LHC project
…for the theoretical discovery of a
mechanism that contributes to our
understanding of the origin of mass of
subatomic particles, and which recently
was confirmed through the discovery of
the predicted fundamental particle, by the
ATLAS and CMS experiments at CERN's
Large Hadron Collider
21Mar2014
24
LHC project
… but that’s only the beginning !
LHC project
What’s next ?
Measure the properties of the new particle
with high precision
21Mar2014
LRossi@PadovaDipFisica
27
LHC project
80-100 km tunnel per un nuovo anello
LHC project
16 T  100 TeV in 100 km
20 T  100 TeV in 80 km
even better
100 km?
L’importanza del maestro
LHC project
Il tramandarsi una tradizione tiene viva la
domanda  grandi scuole di fisica
Assicura, aiuta, che l’esperienza sia un cammino
verso una certezza piu’ grande con un metodo che
è quello di tutte le realtà umane positive:
Verifica onesta: esperienza
Dedizione, affezione
Capacità di lavorare insieme
Confronto tra l’esperienza e l’ipotesi
Condivisione risultati: da questo la domanda si alimenta
Lucio Rossi –
Spare slides
LHC project
LHC project
la valorizzazione della
comunicazione:
1989 il WEB
2009 la
celebrazione
Tim Berners-Lee
Robert Cailliau
Il successore del Web: GRID
LHC project
Il LHC computing GRID è un
progetto finanziato dall’UE con
l’obiettivo di construire la
futura generazione di
infrastruttura di calcolo per
fornire una capacità di calcolo
e analisi mai vista.
Ballon
(30 Km)
Pile de CD
contenant une
année de donn
du LHC! (~ 20
Concorde
(15 Km)
Mt. Blanc
(4.8 Km)
Le applicazionI mediche: PET
LHC project
Prima immagine PET CERN, circa 1975
LHC project
Adroterapia Oncologica
CNAO PAVIA & PSI (CH)
Ciclotrone SC
La “grande” applicazionI sanitaria:
Risonanza magnetica
LHC project
LHC project
ITER: L’Energia delle stelle
LHC project
Central Solenoid
Cryostat
Toroidal Field Coil
Vacuum Vesse
Blanket
Poloidal Field Coil
Port Plug
Major plasma radius 6.2 m
Plasma Volume: 840 m3
Torus Cryopum
Plasma Current: 15 MA
Typical Density: 1020 m-3
Typical Temperature: 20 keV
Fusion Power: 500 MW
Divertor
Machine mass: 23350 t (cryostat + VV + magnets)
- shielding, divertor and manifolds: 7945 t + 1060 port plugs
- magnet systems: 10150 t; cryostat: 820 t
MAGLEV
LHC project
LHC project
Le applicazioni:
Trasporto energia
LHC project
L’importanza del maestro
Nella corsa all’essenziale
Il tramandarsi una tradizione tiene viva la
domanda  grandi scuole di fisica
Assicura, aiuta, che l’esperienza sia un cammino
verso una certezza piu’ grande con un metodo che
è quello di tutte le realtà umane positive:
Verifica onesta: esperienza
Dedizione, affezione
Capacità di lavorare insieme
Confronto tra l’esperienza e l’ipotesi
Condivisione risultati: da questo la domanda di essenziale si
alimenta

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