Colisionador de partículas

Resumen

Los haces de partículas se aceleran inicialmente
en una subcadena de anilllos menores hasta que alcanzan la
energía de 0,45 tera electrón-voltios.

De ahí pasan al gran acelerador del LHC, donde
alcanzan energías de hasta siete tera
electrón-voltios. Un tera electrón-voltio es
aproximadamente la energía cinética de un mosquito
volando.

Aunque parezca una energía pequeña, lo
extraordinario es que las partículas que concentran esa
energía en el LHC tienen un volumen un billón de
veces menor que el de un mosquito.

Palabras Clave-Energía,
Partículas,

Introducción

El  Colisionador de
Hadrones

Es
un acelerador ycolisionador de partículas ubicado
en la Organización Europea para la
Investigación Nuclear (CERN, sigla que corresponde su
antiguo nombre en francés: Conseil Européen
pour la Recherche Nucléaire), cerca deGinebra, en la
frontera franco-suiza. Fue diseñado para colisionar
haces de hadrones, más exactamente deprotones, de
hasta 7 Terra electron
volitios (TeV) de energía, siendo su
propósito principal examinar la validez y límites
del Modelo Estándar, el cual es actualmente el marco
teórico de la física de partículas, del que
se conoce su ruptura a niveles de energía
altos.

Dentro del colisionador dos haces de protones son
acelerados en sentidos opuestos hasta alcanzar el 99,99% de
la velocidad de la luz, y se los hace chocar entre sí
produciendo altísimas energías (aunque a escalas
subatómicas) que permitirían simular algunos
eventos ocurridos inmediatamente después del big
bang

Desarrollo de
contenidos

El LHC es el acelerador de
partículas más grande y energético del
mundo. Usa el túnel de 27 km de
circunferencia creado para el Gran Colisionador de
Electrones y Positrones (LEP en inglés) y más
de 2000 físicos de 34 países y cientos de
universidades y laboratorios han participado en su
construcción.

Una vez enfriado hasta su temperatura de
funcionamiento, que es de 1,9 K (menos de 2 grados por encima
del cero absoluto o -271,15 °C), los primeros
haces de partículas fueron inyectados el 1 de agosto de
2008,2 y el primer intento para hacerlos circular por toda
la trayectoria del colisionador se produjo el 10 de septiembre
del año 2008. Aunque las primeras colisiones a alta
energía en principio estuvieron previstas para el 21 de
octubre de 2008,4 el experimento fue postergado debido a una
avería que produjo la fuga delhelio
líquido que enfría uno de los imanes
superconductores.

A fines de 2009 fue vuelto a
poner en marcha, y el 30 de noviembre del 2010 se
convirtió en el acelerador de partículas más
potente al conseguir energías de 1,18 TeV en sus
haces, superando el récord anterior de 0,98 TeV
establecido por
el Tevatrón estadounidense.5 El 30 de
marzo de 2010 las primeras colisiones de protones
del LHC alcanzaron una energía de 7 TeV (al
chocar dos haces de 3,5 TeV cada uno) lo que
significó un nuevo récord para este tipo de
ensayos. El colisionador funcionará a medio rendimiento
durante dos años, al cabo de los cuales se proyecta
llevarlo a su potencia máxima de 14 TeV.

Teóricamente se espera que este
instrumento permita confirmar la existencia de la
partícula conocida como bosón de Higgs, a veces
llamada "partícula de la masa". La observación
de esta partícula confirmaría las predicciones y
"enlaces perdidos" del Modelo Estándar de la
física, pudiéndose explicar cómo las otras
partículas elementales adquieren propiedades como
la masa.

Verificar la existencia del bosón de
Higgs sería un paso significativo en la búsqueda de
una teoría de la gran unificación, que
pretende relacionar tres de las cuatro fuerzas
fundamentales conocidas, quedando fuera de ella
únicamente la gravedad. Además este bosón
podría explicar por qué la gravedad es
tan débil comparada con las otras tres fuerzas. Junto al
bosón de Higgs también podrían producirse
otras nuevas partículas que fueron predichas
teóricamente, y para las que se ha planificado su
búsqueda,8 como los strangelets, los micro
agujeros negros, el monopolo magnético o
las partículas supersimétricas.

Red de
computación

La red de computación (Computing Grid en
inglés) del LHC es una red de distribución
diseñada por el CERN para manejar la enorme
cantidad de datos que serán producidos por el Gran
Colisionador de Hadrones. Incorpora tanto enlaces propios
de fibra óptica como partes
de Internet de alta velocidad.

El flujo de datos provisto desde los detectores se estima
aproximadamente en 300 Gb/s, que es filtrado buscando
"eventos interesantes", resultando un flujo de 300 Mb/s. El
centro de cómputo del CERN, considerado "Fila 0" de la
red, ha dedicado una conexión de 10 Gb/s.

Se espera que el proyecto genere 27 Terabytes de
datos por día, más 10 TB de "resumen". Estos datos
son enviados fuera del CERN a once instituciones
académicas de Europa, Asia y Norteamérica, que
constituyen la "fila 1" de procesamiento. Otras 150 instituciones
constituyen la "fila 2".

Se espera que el LHC produzca entre 10 a
15 Petabytes de datos por año.

Presupuesto

La construcción del LHC fue aprobada en 1995 con un
presupuesto de 2600 millones de Francos
suizos (alrededor de 1700 millones de euros), junto con
otros 210 millones de francos (140 millones €) destinados a
los experimentos. Sin embargo, este coste fue superado en la
revisión de 2001 en 480 millones de francos (300 millones
de €) en el acelerador, y 50 millones de francos (30m
€) más en el apartado para experimentos.11 Otros
180 millones de francos (120m €) más se han tenido
que destinar al incremento de costes de las bobinas
magnéticas superconductoras. Y todavía persisten
problemas técnicos en la construcción del
último túnel bajo tierra donde se emplazará
el Solenoide compacto de muones (CMS). El presupuesto
de la institución aprobado para 2008, es de 660.515.000
euros para un total de 53.929.422 euros.

El recorte de fondos previsto para el año 2011 es de 15
millones de francos suizos dentro de los 1.100 millones de euros
del presupuesto total, lo que representaría menos del 1,5
por ciento de inversión anual; al año siguiente un
dos por ciento; así hasta ahorrar 262 millones de euros
para 2015.

El delegado científico de España en el CERN,
Carlos Pajares, ha asegurado que el Gran Colisionador de Hadrones
o LHC no se verá afectado por el recorte de fondos
previsto por la institución científica ante la
crisis económica.

"Todos los países dijimos que no había que tocar
el programa del LHC y es lo que se hizo. El director general ha
enviado un mensaje a toda la comunidad científica diciendo
que el CERN se ha apretado el cinturón igualmente pero el
LHC no va a sufrir", ha señalado Carlos Pajares. Alarmas
sobre posibles catástrofes

Desde que se proyectó el Gran Colisionador Relativista
de Iones (RHIC), el estadounidense Walter Wagner y el
español Luis Sancho14 denunciaron ante un tribunal
de Hawái al CERN y al Gobierno de
Estados Unidos, afirmando que existe la posibilidad de que su
funcionamiento desencadene procesos que, según ellos,
serían capaces de provocar la destrucción de
la Tierra. Sin embargo su postura es rechazada por la
comunidad científica, ya que carece de cualquier respaldo
matemático que la apoye.

Los procesos catastróficos que
denuncian son:

• La formación de un agujero
  negro estable.

• La formación de materia
  extraña supermasiva, tan estable como
  la materia ordinaria.

• La formación de monopolos
  magnéticos (previstos en la teoría de
  la relatividad) que pudieran catalizar el decaimiento
  del protón.

• La activación de
  la transición a un estado
  de vacío cuántico.

A este respecto, el CERN ha
realizado estudios sobre la posibilidad de que se produzcan
acontecimientos desastrosos como microagujeros
negros16 inestables,redes, o disfunciones
magnéticas.17 La conclusión de estos estudios
es que "no se encuentran bases fundadas que conduzcan a estas
amenazas".18 19

Resumiendo:

• En el hipotético caso de que se
  creara un agujero negro, sería tan infinitamente
  pequeño que podría atravesar la Tierra sin
  tocar ni un solo átomo, ya que el 95% de estos
  son espacios vacíos. Debido a esto, no podría
  crecer y alcanzaría el espacio, donde su probabilidad
  de chocar contra algo y crecer, es aún más
  pequeña.[cita requerida]

• El planeta Tierra está expuesto
  a fenómenos naturales similares o peores a los que
  serán producidos en el LHC.

• Los rayos
  cósmicos alcanzan continuamente
  la Tierra a velocidades (y por
  tanto energías) enormes, incluso varios
  órdenes de magnitud mayores a las producidas en el
  LHC.

• El Sol, debido a su tamaño,
  ha recibido 10.000 veces más.

• Considerando que todas las estrellas
  del universo visible reciben un número equivalente, se
  alcanzan unos 1031 experimentos como el LHC y aún
  no se ha observado ningún evento como el postulado por
  Wagner y Sancho.

• Durante la operación del
  colisionador de iones pesados relativistas (RHIC)
  en Brookhaven (EE.UU.) no se ha observado ni un
  solo strangelet. La producción de strangelets en
  el LHC es menos probable que el RHIC, y la experiencia en
  este acelerador ha validado el argumento de que no se pueden
  producir strangelets.

Experimentacion

Parte del túnel del LHC situada
debajo del LHC P8, cerca del LHCb.

Los protones se acelerarán hasta
tener una energía de 7 TeV cada uno (siendo el
total de energía de la colisión de 14 TeV). Se
están construyendo 5 experimentos para el LHC. Dos de
ellos, ATLAS y CMS, son grandes detectores de
partículas de propósito general. Los otros
tres, LHCb, ALICE y TOTEM, son más
pequeños y especializados. El LHC también puede
emplearse para hacer colisionar iones pesados tales
como plomo (la colisión tendrá una
energía de 1150 TeV). Los físicos confían en
que el LHC proporcione respuestas a las siguientes
cuestiones:

• El significado de la masa (se
  sabe cómo medirla pero no se sabe qué es
  realmente).

• La masa de las partículas y su
  origen (en particular, si existe el bosón de
  Higgs).

• El origen de la masa de
  los bariones.

• Número de partículas
  totales del átomo.

• A saber el porqué tienen las
  partículas elementales diferentes masas (es decir, si
  interactúan las partículas con uncampo de
  Higgs).

• El 95% de la masa
  del universo no está hecha de
  la materia que se conoce y se espera saber
  qué es la materia oscura.

• La existencia o no de las
  partículas supersimétricas.

• Si hay dimensiones extras, tal como
  predicen varios modelos inspirados por la Teoría
  de cuerdas, y, en caso afirmativo, por qué no se han
  podido percibir.

• Si hay más violaciones de
  simetría entre la materia y
  la antimateria.

• Recrear las condiciones que provocaron
  el Big Bang.

El detector CMS del
LHC.

Conclusiones

El LHC es un proyecto de tamaño
inmenso y una enorme tarea de ingeniería. Mientras
esté encendido, la energía total almacenada en los
imanes es 10 gigajulios y en el haz
725 megajulios.

Referencias

• [1] http://lta.reuters.com/article/topNews/idLTASIE48M1TC20080923(08/12/2011)

• [2] http://www.bbc.co.uk/mundo/ciencia_tecnologia(08/12/2011)

• [3] http://www.oei.es(08/12/2011)

Autor:

Juan Pablo Pesantez