HST 2019 CERN #4 Synchrocyclotron...and LHC

The what?

The 600-MeV Synchrocyclotron (SC), which came into operation in 1957, was CERN’s first accelerator. It provided beams for CERN’s first experiments in particle and nuclear physics. In 1964, this machine started to concentrate on nuclear physics alone, leaving particle physics to the newer and more powerful Proton Synchrotron.

The SC became a remarkably long-lived machine. In 1967, it started supplying beams for a dedicated radioactive-ion-beam facility called ISOLDE, which still carries out research ranging from pure nuclear physics to astrophysics and medical physics. In 1990, ISOLDE was transferred to the Proton Synchrotron Booster, and the SC closed down after 33 years of service.

Here you can see a picture of it. It is so cool to see the dimensions of the walls of the room in where it is. Absolutely amazing!

Click on the link to see the presentation of its history: 

Synchrocyclotron

The Proton Synchrotron Booster is made up of four superimposed synchrotron rings that receive beams of protons from the linear accelerator Linac 2 at 50 MeV and accelerate them to 1.4 GeV for injection into the Proton Synchrotron (PS).

Before the Booster received its first beams on 26 May 1972, protons were injected directly from the linac into the PS, where they were accelerated to 26 GeV. The low injection energy of 50 MeV limited the number of protons the PS could accept. The Booster allows the PS to accept over 100 times more protons, which greatly enhances the beam's use for experiments.

The Proton Synchrotron (PS) is a key component in CERN’s accelerator complex, where it usually accelerates either protons delivered by the Proton Synchrotron Booster or heavy ions from the Low Energy Ion Ring (LEIR). In the course of its history it has juggled many different kinds of particles, feeding them directly to experiments or to more powerful accelerators.

The PS first accelerated protons on 24 November 1959, becoming for a brief period the world’s highest energy particle accelerator. The PS was CERN’s first synchrotron. It was initially CERN's flagship accelerator, but when the laboratory built new accelerators in the 1970s, the PS’s principal role became to supply particles to the new machines. Over the years, it has undergone many modifications and the intensity of its proton beam has increased a thousandfold.

With a circumference of 628 metres, the PS has 277 conventional (room-temperature) electromagnets, including 100 dipoles to bend the beams round the ring. The accelerator operates at up to 25 GeV. In addition to protons, it has accelerated alpha particles (helium nuclei), oxygen and sulphur nuclei, electrons, positrons and antiprotons.

The Large Hadron Collider (LHC) is the world’s largest and most powerful particle accelerator. It first started up on 10 September 2008, and remains the latest addition to CERN’s accelerator complex. The LHC consists of a 27-kilometre ring of superconducting magnets with a number of accelerating structures to boost the energy of the particles along the way.

Inside the accelerator, two high-energy particle beams travel at close to the speed of light before they are made to collide. The beams travel in opposite directions in separate beam pipes – two tubes kept at ultrahigh vacuum. They are guided around the accelerator ring by a strong magnetic field maintained by superconducting electromagnets. The electromagnets are built from coils of special electric cable that operates in a superconducting state, efficiently conducting electricity without resistance or loss of energy. This requires chilling the magnets to ‑271.3°C – a temperature colder than outer space. For this reason, much of the accelerator is connected to a distribution system of liquid helium, which cools the magnets, as well as to other supply services.

Thousands of magnets of different varieties and sizes are used to direct the beams around the accelerator. These include 1232 dipole magnets 15 metres in length which bend the beams (look at the 200CHF bill, it is the right hand rule), and 392 quadrupole magnets, each 5–7 metres long, which focus the beams. Just prior to collision, another type of magnet is used to "squeeze" the particles closer together to increase the chances of collisions. The particles are so tiny that the task of making them collide is akin to firing two needles 10 kilometres apart with such precision that they meet halfway.

All the controls for the accelerator, its services and technical infrastructure are housed under one roof at the CERN Control Centre. From here, the beams inside the LHC are made to collide at four locations around the accelerator ring, corresponding to the positions of four particle detectors – ATLAS, CMS, ALICE and LHCb.

I guess you did not understand a word of anything I said. Let me show you a video that could help you out:

LHC

Any questions?

¿El qué?

El sincrociclotrón de 600 MeV que comenzó a operar en 1957 fue el primer acelerador que hubo en el CERN. Se encargaba de proveer de haces (paquetes) de sistemas de partículas los primeros experimentos en física nuclear y física de partículas.  En 1964 la máquina se utilizaba ya solamente para experimentos de física nuclear, dejando el resto del trabajo para el nuevo y más potente Proton Synchrotron. 

Aquí tienes una foto del mismo (y salgo yo). Es alucinante ver las dimensiones de las paredes de la habitación que lo contiene. Era necesario una grúa para poder cerrar la puerta (es enorme y tremendamente pesada). 

El SC ha resultado ser una máquina tremendamente longeva. En 1967 comenzó a proporcionar haces de iones radiactivos al experimento ISOLDE que aún se encarga de realizar experimentos de física nuclear, astrofísica y física médica. En 1990, ISOLDE fue trasladado al Proton Synchrotron Booster (no se ni cómo traducirlo), y el SC dejó de funcionar después de 33 años de servicio útil. 

En el siguiente video (en inglés, lo siento) puedes aprender algo más sobre su historia. 

Synchrocyclotron

El Proton Synchrotron Booster está hecho de 4 anillos iguales al sincrotrón superpuestos que reciben los haces de protones que llegan del acelerador lineal LINAC 2 con una energía de 50MeV y que es capaz de acelerarlos hasta los 1.4 GeV para inyectarlos en el Proton Synchrotron (PS).

Antes de que el Booster recibiera los primeros haces en mayo de 1972, los protones eran inyectados directamente desde el LINAC hacia el PS donde eran acelerados hasta los 26 GeV. La baja energía de inyección (50 MeV) limitaba el número de protones que el PS era capaz de aceptar. El Booster permite que el PS acepte 100 veces más de protones, lo que aumenta exponencialmente las posibilidades de su uso en los diferentes experimentos. 

El Proton Synchrotron (PS) es un componente clave en el complejo de aceleración del CERN (CERN’s accelerator complex), donde normalmente se aceleran o bien protones proporcionados por el Proton Synchrotron Booster o bien iones pesados que llegan desde el Low Energy Ion Ring (LEIR).

Los primeros portones acelerados por el PS fueron utilizados el 24 de noviembre de 1959, convirtiéndose así en el acelerador de partículas con más energía del mundo durante un breve periodo de tiempo. El PS fue el primer sincrotrón del CERN. Al principio era la máquina estrella pero el laboratorio construyó nuevos aceleradores en los años 70 así que el nuevo trabajo del PS era suministrar sistemas de partículas a las nuevas máquinas. Durante todos estos años ha sufrido una cantidad ingente de modificaciones y la intensidad del haz de protones se ha visto modificada acorde a las necesidades del experimento. 

Con una circunferencia de 628 metros, el PS tiene 277 electroimanes convencionales (a temperatura ambiente), incluyendo 100 dipolos que doblan los haces a lo largo del anillo. El acelerador opera a más de 25 GeV. Ademas de los protones ha acelerado partículas alfa (núcleos de helio), núcleo s de oxígeno y azufre, electrones, positrones y antiprotones (positrons and antiprotons).

El Gran Colisionador de Hadrones (Large Hadron Collider or LHC) es el acelrador  de partículas más grande y potente del mundo. Comenzó a funcionar el 10 de septiembre de 2008 y es la última incorporación al complejo de CERN. El LHC es un anillo de 27 km de imanes superconductores que posee un número elevado de cavidades que alternan su voltaje para acelerar los protones de los haces (que poseen carga positiva) según se desplazan a través de ellas. 

Dentro del acelerador, dos haces de protones con alta energía viajan en sentidos opuestos con una velocidad cercana a la de la luz hasta que les hacen colisionar. Los dos haces viajan en dos tuberías o tubos separados e independientes en los que se ha hecho un ultra vacío (para que los protones no colisionen con impurezas en algún otro sitio que no sea el detector). Los haces son guiados en el anillo gracias a un campo magnético super potente que es proporcionado por electroimanes superconductores. Estos electroimanes están construidos por cables especiales que operan en un estado de superconductor (máxima conducción, mínima pérdida de energía debido a la resistencia) a una temperatura helada de ‑271.3°C (más fría que el espacio exterior). Por eso, el acelerador está enfriado mediante un sistema de criogenización con helio líquido, que retira el exceso de temperatura en toda la instalación. 

Miles de imanes de diferentes tipos y tamaños se usan directamente para curvar el haz de protones en el acelerador (regla de la mano derecha, que viene en los billetes suizos de 200CHF). 

Hay 1232 imanes dipolos de 15 m de longitud que se encargan de doblar los haces de protones y 392 imanes cuadrupolos de 5-7m de longitud que se encargan de enfocar los haces.  Justo antes de que se produzca la colisión, otro tipo de imán se encarga de compactar los protones para aumentar las probabilidades de impacto. Los sistemas de partículas son tan pequeños que una colisión se podría asemejar a lanzar dos agujas de coser separadas 10 km y que impactaran sus puntas exactamente en el medio, a los 5km, vamos, una locura. 

Todos los controles del acelerador, los servicios, las infraestructuras y los sistemas técnicos se encuentran en el centro de control del CERN (CERN Control Centre). Desde ahí se prepara todo para que los haces que se encuentran en el LHC colisionen en 4 puntos a lo argo del anillo, correspondientes a los 4 detectores: ATLAS, CMS, ALICE y LHCb.

Por lo que veo no has entendido nada. Déjame buscarte un video que lo explique mejor que yo: 

LHC

¡Ea!, ¿alguna preguntita?