Colóquio Experiência CMS no LHC Introdução IST, 28 de Abril 2010 João Varela

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

The World's biggest laboratory for particle physics research 2500 physicists, engineers, technicians 6500 users from Universities and Institutes Portugal is Member state since 1986 Research and discovery - Education, training, collaboration - Technology and innovation

Large Hadron Collider Início de operação em 2009 Exploração ~ 20 anos A maior infraestrutura científica mundial O acelerador com maior energia Em construção desde 1995 Início de operação em 2009 Exploração ~ 20 anos

Dipolo Supercondutor 1232dipolos

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.

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

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

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.

J/psi and displaced vertex muon production in In-In at NA60 Winter Workshop on Nuclear Dynamics 2005, Breckenridge, CO Experiência CMS 38 Nações 180 Institutos 2500 Colaboradores 12500 toneladas 21m comprimento 15m altura Construído à superfície e descido em grandes blocos a 100 m de profundidade André David for the NA60 Collaboration

Uma Aventura Mundial Colaboração CMS 38 Nações Mais de 3000 cientistas e engenheiros Cerca de 450 estudantes

Detectores em CMS

Detecção de hadrões, e±,  , µ± J/psi and displaced vertex muon production in In-In at NA60 Winter Workshop on Nuclear Dynamics 2005, Breckenridge, CO Detecção de hadrões, e±,  , µ± André David for the NA60 Collaboration

Trigger e Aquisição de Dados Taxa de colisão ~ 109 Hz Factor de rejeição do trigger 107 Dados armazenados/ano ~ 106 Gbyte 100 TByte/s 100 GByte/s 100 MByte/s ECAL HCAL TRK MU 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

Construção dos detectors de CMS

Calorímetro Electromagnético Detecção de electrões e de fotões Participação Portuguesa : Projecto e construção do Sistema de Trigger e Aquisição de Dados

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

2007-08: Instalação de CMS

J/psi and displaced vertex muon production in In-In at NA60 Winter Workshop on Nuclear Dynamics 2005, Breckenridge, CO 2007-08: Instalação de CMS André David for the NA60 Collaboration

2007-08: Instalação de CMS

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 2525

Colisão a 2.36TeV PFJet 1 of 29.9 GeV PFJet 1 of 29.9 GeV 26

Primeira colisão a 7 TeV 2727

Evento multi Jet a 7 TeV Multi Jet Event at 7 TeV 28

Evento candidato K0s Reconstructed K0s Pixel module Secondary vertex Primary vertex 29

Dados acessíveis na GRID CERN  Tiers 1  Tiers 2 Dados das colisões processados nos ~ 50 centros GRID espalhados no mundo Mais de 300 físicos analisaram os primeiros dados 900 GeV: Run 124024 2.36 TeV: Run 124120 1000MB/s 40 Tier-2 Destinations Source Tier-1 going to Tier-2 1000MB/s 30

Partículas elementares redescobertas 31

Excelente desempenho do detector  Ks PDG: 89.53 ± 0.05 ps PDG: 263.1 ± 2.0 ps CMS: 90.00 ± 2.10 ps CMS: 271.0 ± 20 ps Parece milagre! 32

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 33

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

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!

Oportunidade única Esta é a oportunidade de uma vida para estudantes de Física... ...que não se repetirá antes de duas décadas