El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) presenta sus primeros resultados en la Conferencia Internacional de Física de Altas Energías de París (ICHEP 2010), entre los que se encuentran las primeras evidencias de observación del quark ‘top’, uno de los constituyentes fundamentales de la materia, obtenidas en un laboratorio europeo.
El Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), organismo que opera el acelerador de partículas más potente del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), ha presentado hoy los primeros resultados de este gran experimento internacional desde que el pasado mes de marzo alcanzó la mayor energía de colisión de partículas registrada hasta ahora. Los portavoces de LHC destacaron el buen funcionamiento de la máquina, que ha multiplicado el número de colisiones registrado por más de mil, lo que ha permitido “redescubrir” partículas conocidas del Modelo Estándar, la teoría que describe las partículas elementales y sus interacciones. Entre los principales resultados se encuentran los primeros indicios de detección del quark ‘top’, la más masiva de las partículas elementales, en lo que sería la primera detección realizada por un laboratorio europeo.
Los primeros resultados del LHC han sido revelados en la 35º Conferencia Internacional de Física de Altas Energías (ICHEP 2010), la mayor conferencia del mundo en física de partículas que reúne a más de 1.000 participantes en la capital francesa, y que ha contado hoy con la visita del presidente Nicolas Sarkozy. Los portavoces de los cuatro grandes experimentos del LHC (ALICE, ATLAS, CMS y LHCb) han presentado resultados procedentes de los tres meses de funcionamiento del LHC a 3,5 Teraelectronvoltios (TeV) por haz, una energía tres veces y media mayor que la alcanzada hasta ahora en un acelerador de partículas.
Con estas primeras medidas los experimentos del LHC han redescubierto partículas del Modelo Estándar, la teoría que contiene el conocimiento actual sobre las partículas que forman la materia y las fuerzas que actúan entre ellas. Éste es un paso esencial antes de realizar otros descubrimientos. Entre los miles de millones de colisiones registradas hasta ahora se encuentran “candidatos” de producción del quark ‘top’, en lo que sería la primera vez que esta partícula se observa en un laboratorio europeo. Ésta fue la última partícula elemental descubierta, en 1995 en el Tevatron, el acelerador de partículas de Fermilab (EE.UU.).
Según el Modelo Estándar, el quark ‘top’ es el más masivo de los constituyentes elementales de la materia. Dada su gran masa se necesitan grandes energías para producirlo mediante colisiones de partículas, las cuales sólo se podían alcanzar en Tevatron y, a partir de ahora, en LHC. "Redescubrir nuestros ‘viejos amigos’ en el mundo de las partículas muestra que los experimentos del LHC están bien preparados para entrar en nuevos territorios", dijo el director general del CERN Rolf Heuer. "Parece que el Modelo Estándar está funcionando como se esperaba. Ahora el siguiente paso es que nos muestre lo que es nuevo".
Para el CERN, la calidad de los resultados presentados en ICHEP atestigua tanto el buen funcionamiento de LHC como la calidad de los datos grabados por sus experimentos. El LHC, que está aún en su primera etapa de funcionamiento, está realizando continuos progresos hacia sus condiciones finales de operación. La luminosidad, medida de la tasa de colisiones, se ha incrementado en un factor superior a mil desde el final de marzo. Este rápido progreso en la puesta a punto de los haces del LHC se equipara a la velocidad con que los datos procedentes de las miles de millones de colisiones producidas han sido procesados por el Grid, la red de computación global del LHC, lo que ha permitido a los diferentes centros de investigación repartidos por todo el mundo analizar datos de los experimentos.
REDESCUBRIR EL MODELO ESTÁNDAR
“En sólo unos días observamos bosones W y posteriormente Z, los dos portadores de la interacción débil descubiertos en el CERN hace 30 años”, dijo Fabiola Gianotti, portavoz del experimento ATLAS. “Gracias a los esfuerzos de toda la colaboración, en particular de los jóvenes científicos, desde la toma de datos con el detector, pasando por la calibración, el procesado de datos, la distribución y los análisis físicos, ha funcionado de forma rápida y eficiente”.
“Es increíble ver lo rápido que hemos ‘re-descubierto’ las partículas conocidas, desde las resonancias más ligeras hasta el pesado quark top. Lo que hemos mostrado aquí en París son sólo los primeros resultados de una intensa campaña de medidas de precisión de sus propiedades”, dijo Guido Tonelli, portavoz de CMS. “Este paciente y sistemático trabajo se necesita para establecer los ruidos de fondo necesarios para detectar cualquier señal nueva”.
“El experimento LHCb es un traje hecho a medida para estudiar la familia de las partículas b, contenidas en los quarks ‘beauty’”, dijo el portavoz del experimento Andrei Golutvin. “Por eso es extremadamente gratificante que estemos encontrando cientos de de estas partículas, claramente identificadas mediante los análisis de muchas trazas de partículas”. “El funcionamiento actual con colisiones de protones nos ha permitido conectar con los resultados de otros experimentos a energías menores, comprobar y mejorar los extrapolaciones hechas para LHC y preparar el terreno para el funcionamiento con iones pesados”, dijo Jurgen Schukraft, portavoz del experimento ALICE. Este experimento está diseñado para estudiar las colisiones de iones de plomo, lo que ocurrirá en el LHC por primera vez a finales de este año.
Otros dos experimentos se han beneficiado de los primeros meses de funcionamiento del LHC a 3,5 TeV por haz. LHCf, que estudia la producción de partículas neutras en colisiones protón-protón para ayudar a entender las interacciones de rayos cósmicos con la atmósfera de la Tierra, ha reunido ya los datos que necesitaba a este rango de energía. TOTEM, situado muy próximo al haz para estudiar en profundidad el protón, está empezando a tomar sus primeras medidas.
CONTRIBUCIÓN ESPAÑOLA AL LHC
El CERN mantendrá operativo el LHC a este nivel de energía durante un periodo de 18-24 meses con el objetivo de acumular suficientes datos de los experimentos como para realizar avances significativos en un amplio rango de procesos físicos. Con la cantidad de datos esperada, un femtobarn inverso (unos 10 billones de colisiones), los experimentos deberán tener capacidad para explorar nuevos territorios, con la posibilidad de realizar significativos descubrimientos.
El CERN es el mayor laboratorio de física de partículas del mundo, con 20 Estados miembros, entre los que está España. India, Israel, Japón, Rusia, Estados Unidos, Turquía, la Comisión Europea y la UNESCO tienen estatus de observadores. España es el quinto contribuyente al CERN, contribución que se fija en función del PIB. Unos 400 científicos españoles participan en el LHC, coordinados a través del proyecto Consolider-Ingenio 2010 CPAN (Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear), que tiene entre sus principales objetivos facilitar la participación de los científicos españoles en este tipo de proyectos internacionales.
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