Colóquio
Experiência CMS no LHC
Introdução
IST, 28 de Abril 2010
João Varela
1
Programa
Acelerador LHC (Large Hadron Collider)
&
Experiência CMS (Compact Muon Solenoid)
Programa:
Apresentação da experiência CMS no LHC
João Varela
O que se espera descobrir na experiência CMS
Pedro Silva *)
Como funciona a experiência CMS:
ligação directa da Sala de Controlo
André David *)
*) ex-aluno da LEFT
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 2500 physicists, engineers,
technicians
 6500 users from Universities
and Institutes
The World's biggest laboratory
for particle physics research
Portugal is Member state
since 1986
Research and discovery - Education, training, collaboration - Technology and innovation3
Large Hadron Collider
 A maior infraestrutura científica mundial
 O acelerador com maior energia
 Em construção desde 1995
Início de operação em 2009
Exploração ~ 20 anos
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Dipolo Supercondutor
1232dipolos
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No túnel do LHC
Vários milhares de biliões de protões viajam a
99.9999991% da velocidade da luz no anel de 27km de
perímetro 11000 vezes por segundo
Vácuo no LHC
O lugar mais vazio no sistema solar…
Para acelerar protões até à velocidade da luz é preciso
um vácuo semelhante ao do espaço interplanetário. A
pressão nos tubos do feixe do LHC é dez vezes inferior
à pressão na Lua.
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Criogenia no LHC
Um dos lugares mais frios do Universo…
Com a temperatura de -271 graus Celsius, ou 1.9 graus
acima do zero absoluto, o LHC é mais frio que o espaço
interestelar
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Temperatura no LHC
Um dos lugares mais quentes na Galáxia…
Simulação de uma colisão na experiência CMS
Simulação de uma colisão na experiência ALICE
Quando os dois protões nos feixes colidem, geram num
volume minúsculo, uma temperatura mais de um bilião
de vezes superior à do interior do Sol
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Experiências no LHC
Os maiores e mais complexos detectores
alguma vez construídos…
ATLAS
CMS
ALICE
LHC-b
Detectores gigantes para medir com uma precisão
extraordinária (dezena de microns) as partículas resultantes
de 600 milhões de colisões por segundo.
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Experiência CMS
38 Nações
12500 toneladas
180 Institutos
21m comprimento
2500 Colaboradores
15m altura
Construído à superfície e
descido em grandes
blocos a 100 m de
profundidade
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Colaboração CMS
Uma Aventura Mundial
38 Nações
Mais de 3000 cientistas
e engenheiros
Cerca de 450 estudantes
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Detectores em CMS
Detecção de hadrões, e±,  , µ±
Trigger e Aquisição de Dados
Taxa de colisão ~ 109 Hz
Factor de rejeição do trigger 107
Dados armazenados/ano ~ 106 Gbyte
Trigger de Nível 1:
 Processadores especializados
 Capacidade de de cálculo
equivalente a 50'000 PCs
High-bandwith network:
 100 Gbyte/s
Trigger de Alto Nível:
 ~5000 Computadores
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Construção dos detectors de CMS
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Calorímetro Electromagnético
Detecção de electrões e de fotões
Participação Portuguesa :
Projecto e construção do
Sistema de Trigger e
Aquisição de Dados
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ECAL Trigger & DAQ
Hardware e Software do
Trigger e Aquisição de
Dados do ECAL na
Caverna de Electrónica
de CMS
18 Crates
240 Módulos
1200 Mezzannines
3000 Gbit optical links
2500 Gbit electrical links
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2007-08: Instalação de CMS
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2007-08: Instalação de CMS
20
2007-08: Instalação de CMS
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2008: Detector CMS concluído
2009: Primeiras colisões p-p no LHC
23 Novembro 2009
Primeiras colisões a 900 GeV
14 Dezembro 2009
Primeiras colisões a 2.36 TeV
30 Março 2010
Primeiras colisões a 7 TeV
Notícias na BBC
Scientists at CERN in Geneva have restarted the Large Hadron
Collider (LHC) experiment, which hopes to shed light on the
origins of the universe
...momentos difíceis de esquecer
2
5
Colisão a 2.36TeV
PFJet 1 of 29.9 GeV
PFJet 3 of 13.3 GeV
PFJet 2 of 24.2 GeV
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Primeira colisão a 7 TeV
2
7
Evento multi Jet a 7 TeV
Multi Jet Event at 7 TeV
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Evento candidato K0s
Reconstructed
K 0s
Pixel module
Secondary vertex
Primary vertex
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Dados acessíveis na GRID
CERN  Tiers 1  Tiers 2
900 GeV:
Run 124024
2.36 TeV:
Run 124120
1000MB/s
Dados das colisões
processados nos
~ 50 centros GRID
espalhados no mundo
Mais de 300 físicos
analisaram os primeiros
dados
Source Tier-1 going to Tier-2 1000MB/s
40 Tier-2
Destinations
30
30
Partículas elementares redescobertas
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Excelente desempenho do detector

Ks
PDG: 89.53 ± 0.05 ps
CMS: 90.00 ± 2.10 ps
PDG: 263.1 ± 2.0 ps
CMS: 271.0 ± 20 ps
Parece milagre!
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E a seguir?
Luminosidade 1-10pb-1 (verão 2010)
Redescoberta do Standard Model a 7 TeV
Luminosidade 10-100pb-1 (inverno 2010)
Física do quark top com elevada estatística.
Pesquisa de primeiros sinais de SUSY e Dimensões Suplementares
Luminosidade 100-1000pb-1 (inverno 2011)
Pesquisa de Higgs e nova Física
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Análises de Física no LIP
Física do quark top
Física da interacção electro-fraca
Pesquisa de dimensões suplementares
Pesquisa do bosão de Higgs
Física de iões pesados e novos estados da matéria
Grupo muito activo
e bem colocado da colaboração CMS
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Questões em aberto na Física
 Qual é a origem da massa?
 Porque se observam três famílias de quarks e leptões?
 Será que as partículas “elementares” têm estrutura?
 Haverá dimensões suplementares do espaço-tempo?
 Qual é a explicação da assimetria matéria-antimatéria?
 Qual é a natureza da matéria escura do Universo?
 …
CMS dará algumas respostas!
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Oportunidade única
Esta é a oportunidade de uma vida
para estudantes de Física...
...que não se repetirá antes de duas
décadas
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