Tras lograr enormes progresos en la comprensión del bosón de Higgs, el gran colisionador de hadrones (LHC) del CERN y todos sus experimentos se han parado esta semana para revisar el gigantesco colisionador e introducir mejoras importantes a lo largo de los próximos dos años. Los haces de protones volverán a circular por el LHC en la primavera de 2021.
Este lunes por la mañana, el Centro de Control del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) apagó el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés), poniendo punto final al llamado Run2, el segundo ciclo de funcionamiento del acelerdor de partículas más potente del mundo. El complejo de aceleradores del CERN parará ahora durante dos años para someterse a importantes trabajos de renovación y mejora.
Durante este segundo periodo (2015-2018), el LHC ha superado las expectativas, obteniendo unos 16.000 billones de colisiones entre protones a una energía de 13 teraelectronvoltios (TeV) y grandes cantidades de datos de colisiones entre iones de plomo a 5,02 TeV.
Estos resultados produjeron una enorme cantidad de datos, con más de 300 petabytes (300 milones de gigabytes) de datos almacenados en el centro de datos del CERN, ¡equivalente a 1.000 años de vídeo en streaming las 24 horas!, como destacan los responsables. Analizando estos datos, los experimentos del LHC han producido una gran cantidad de resultados científicos, ampliando nuestro conocimiento fundamental del universo y aportando luz sobre los secretos de la materia.
“El Run 2 del LHC ha sido increíblemente provechoso puesto que hemos podido superar con mucho nuestros objetivos, produciendo cinco veces más datos que en el primer run a una energía sin precedentes de 13 TeV”, dijo Frédérick Bordry, director de Aceleradores y Tecnología del CERN. “Con esta segunda parada larga que empieza ahora prepararemos la máquina para más colisiones incluso a la energía para la que fue diseñada de 14 TeV”.
“Además de otros magníficos resultados, en los últimos años los experimentos del LHC han logrado enormes progresos en nuestra comprensión de las propiedades del bosón de Higgs”, añade Fabiola Gianotti, directora general del CERN. "El bosón de Higgs es una partícula especial, distinta de otras partículas elementales observadas hasta ahora, por lo que medir sus propiedades puede darnos indicios de física más allá del modelo estándar".
El bosón de Higgs es una pieza fundamental de este modelo estándar de física de partículas, la teoría que describe las partículas elementales y las fuerzas que las relacionan. Se descubrió en el CERN en 2012, y desde entonces se ha estudiado. En particular, se analizan sus desintegraciones o transformaciones en otras partículas para comprobar las predicciones del Modelo Estándar.
Los experimentos del LHC han confirmado algunas de las formas en las que se desintegra el bosón de Higgs, incluida la más común pero difícil de detectar que genera quarks bottom, así como una forma inusual de producir un bosón de Higgs asociado a quarks top. Los experimentos ATLAS y CMS también han determinado de la forma más precisa hasta ahora la masa del bosón de Higgs.
Además del bosón de Higgs, los experimentos del LHC han producido un amplio abanico de resultados y cientos de artículos científicos, que incluyen medidas de gran precisión de la masa del bosón W, el descubrimiento de nuevas partículas ‘exóticas’ en el experimento LHCb como Ξcc++ y los pentaquarks, y la observación de un fenómeno no visto hasta ahora en las colisiones entre protones en ALICE.
Durante el parón de dos años actual, conocido como el Long Shutdown 2 (LS2), todo el complejo de aceleradores y detectores será reforzado y actualizado para el siguiente ciclo del LHC y para el proyecto del LHC de Alta Luminosidad (HL-LHC), que comenzará a obtener datos a partir de 2025. Incrementar la luminosidad del LHC implicará producir muchos más datos.
“La rica cosecha obtenida en el segundo run nos permite buscar fenómenos muy inusuales”, explica Eckhard Elsen, director de Investigación y Computación del CERN. “Los grupos de investigación estarán ocupados durante el parón examinando la gran cantidad de datos disponible para buscar indicios de nueva física que aún no ha emergido del Modelo Estándar. Esto nos servirá de guía en el HL-LHC, cuando la cantidad de datos se incrementará otro órden de magnitud”.
Se renovarán varios componentes de la cadena de aceleradores (inyectores) que alimentan el LHC con protones para producir haces de partículas más intensos. El primer eslabón de esta cadena, el acelerador lineal Linac2, dejará paso al Linac4, que acelerará iones de hidrógeno a los que luego se les extraen los protones permitiendo fabricar haces más intensos.
El segundo eslabón de la cadena, el Proton Synchrotron Booster (SPS), se equipará con nuevos sistemas de inyección y aceleración. El Super Proton Synchrotron (SPS), el último inyector antes del LHC, tendrá un nuevo sistema de radiofrecuencia para acelerar haces con mayor intensidad, y se mejorará su conexión.
También se planean algunas mejoras en el LHC en el futuro próximo. Los diodos de bypass, que protegen los imanes en caso del fenómeno conocido como quenching, se revestirán, un requisito previo para incrementar la energía de cada haz de partículas del LHC hasta los 7 TeV tras el LS2, y se reemplazarán más de 20 imanes superconductores principales. Además, continuarán las obras iniciadas en junio de 2018 para el HL-LHC, se conectarán nuevas galerías al túnel del LHC y se probarán nuevos imanes y tecnologías superconductoras.
Todos los experimentos del LHC mejorarán partes importantes de sus detectores en los próximos dos años. Casi la totalidad del experimento LHCb se cambiará para incluir componentes más rápidos que permitirán registrar eventos en tiempo real con las colisiones entre protones. De forma similar, el experimento ALICE mejorará la velocidad de sus detectores de trazas. ATLAS y CMS llevarán a cabo también mejoras y comenzarán a prepararse para su gran renovación de cara al HL-LHC.
Los físicos y responsables del CERN ya sueñan con los descubrimientos que pueda aportar el LHC en su Run3. Los haces de protones volverán a circular por el LHC en la primavera de 2021. Comienza la cuenta atrás.
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