¿Cuánto tiempo duran los experimentos con colisionadores de hadrones grandes?

Este documento (NB es un pdf) contiene detalles de la operación del haz. Aquí hay un gráfico clave tomado de la presentación:

Al final de una ejecución experimental, el haz se descarga y se tarda aproximadamente una hora y media en recuperar la energía y la intensidad máximas. Una vez que el haz alcanza su máxima potencia, el LHC genera datos de forma continua durante entre 10 y 20 horas antes de que la intensidad del haz sea demasiado baja y deba descargarse de nuevo.

Tenga en cuenta que el LHC no es un experimento que se ejecuta una vez y genera un resultado, luego se repite para generar un segundo resultado y así sucesivamente. Una vez que el rayo está activo, genera datos continuamente y estos datos se acumulan durante días y meses. Debido a que las señales como el Higgs son tan débiles, necesita meses y meses de datos, es decir, meses y meses de tiempo de haz, para obtener suficientes datos para ver estas pequeñas señales. El CERN ha realizado una animación que muestra cómo se acumula la señal de Higgs a lo largo del tiempo, que puedes ver aquí .

Espero que lo ejecutes durante unos segundos y bam: se detectó el bosón de Higgs o lo que sea.

¿ Cómo se detecta el bosón de Higgs? Esa es la pregunta que debes considerar.

Dado que un Higgs real se desintegra casi inmediatamente al producirse, todo lo que podemos detectar son los productos de desintegración estables, aquellas partículas que duran lo suficiente como para abandonar la vecindad de la colisión e interactuar con los detectores que rodean la tubería del haz.

Pero recuerde que se crean muchas colisiones y partículas que se descomponen en partículas estables que se registran en los detectores.

Entonces, todo lo que realmente podemos hacer es calcular qué esperaríamos estadísticamente de todas estas partículas (además del Higgs) creadas y descomponiéndose y luego, después de ejecutar el LHC durante un largo período de tiempo, observar los resultados estadísticamente y compararlos con el calculos

La "firma" de una nueva partícula o partículas sería entonces una desviación en las estadísticas experimentales de las estadísticas calculadas. Para estar seguro de que cualquier desviación detectada es estadísticamente significativa , se requiere una enorme cantidad de datos ya que, por un lado, la tasa de producción del Higgs es muy baja; aproximadamente 1 en 10 mil millones en el LHC.

Los experimentos llevan muchos años. Usando la búsqueda del bosón de Higgs como ejemplo, la razón por la que lleva tanto tiempo es porque no hay una firma "pistola humeante" de un bosón de Higgs. No busca el bosón de Higgs directamente, sino las partículas del modelo estándar en las que se desintegra el Higgs. Dado que otros procesos del Modelo Estándar (llamados "fondos") pueden producir estas partículas, para cualquier colisión dada en el LHC no puede estar seguro de haber visto el bosón de Higgs. Tienes que producir miles de bosones de Higgs antes de tener una muestra estadística lo suficientemente grande de la que sacar conclusiones. E incluso entonces puede ser un proceso difícil comparar su tasa observada de eventos similares a Higgs con la tasa de fondo prevista. Entonces, encontrar el bosón de Higgs no es trivial; corresponde a la observación experimental de una tasa similar a la de Higgs que es ligeramente mayor que la tasa de fondo predicha. Dado que la predicción de la tasa de fondo tiene su propio conjunto de errores y suposiciones, y las fluctuaciones estadísticas son posibles, se necesita mucho tiempo para crear suficientes bosones de Higgs y comprender el detector lo suficientemente bien como para estar seguro de que se observa un exceso de eventos similares a los de Higgs. es real.

De hecho, hay un FAQ para el LHC ( también aprobado por el CERN ). En ese enlace, verá su pregunta exacta con la respuesta (todo el énfasis es mío),

Cuando un protón sale de la fuente, cruza el acelerador lineal y llega al PSB en unos pocos microsegundos. En el PSB se acelera de 50 MeV a 1,4 GeV en 530 ms, luego, en menos de un microsegundo, se inyecta en el PS donde puede:

• ser acelerado/manipulado/extraído en 1025 ms
• o espere 1,2 segundos más antes de ser acelerado, si es parte del primer lote de PSB al PS.

Luego se envía al SPS donde espera 10,8, 7,2, 3,6 o cero segundos, ya sea parte del primer, segundo, tercer o cuarto lote de PS al SPS. El SPS lo acelera a 450 GeV en 4,3 segundos y lo envía al LHC.

Entonces el tiempo que toma desde la fuente hasta la salida del SPS es entre

0,53 + 1,025 + 4,3 = 5,86 segundos y

0,53 + 1,2 + 1,025 + 10,8 + 4,3 = 17,86 segundos

Luego, nuestro protón tiene que esperar hasta 20 minutos en la meseta de inyección de 450 GeV del LHC antes de la rampa de 25 minutos a alta energía, y estos 45 minutos dominan el tiempo de tránsito.

La cantidad actual de experimentos por día en el LHC es cero, ya que se cerró temporalmente para realizar algunas reformas. Sin embargo, creo que cuando se estaba ejecutando a principios de año, solo se realizaban unos pocos experimentos por día (del orden de 5 a 10), pero no me citen en esto, ya que no estoy 100% seguro . -Si alguien tiene la respuesta correcta, modificaré esta afirmación.

EDITAR De los comentarios del usuario 1247, los "experimentos por día" citados anteriormente son incorrectos. El haz de partículas se almacena en los anillos durante 10 a 20 horas , proporcionando varios cientos de millones de colisiones por segundo antes de que sea necesario recargar el suministro de protones.