Hola amigos: A VUELO DE UN QUINDE EL BLOG., la Revista National Geographic, nos recuerda lo que fue un acontecimiento de la ciencia la comprobación de la teoría de Bosón de Higgs, sin embargo hay cierta duda si efectivamente fue la tal partícula, que en algún momento se le llamó: "La Partícula de Dios", cuyo hecho aconteció el 04 de julio del 2012, por el Gran Colisionador de Hadrones.
National Geographic.- dice : "...El 4 de julio de 2012, los experimentos de ATLAS y CMS en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN anunciaron que cada uno había observado de manera independiente una nueva partícula con una masa de alrededor de 126 GeV. Esta partícula era susceptible de ser el bosón de Higgs predicho por el Modelo Estándar. Por "el descubrimiento teórico de un mecanismo que contribuye a nuestro entendimiento del origen de las partículas subatómica con masa", uno de los hallazgos más importantes de los últimos tiempos, sus descubridores recibieron el Premio Nobel de Física en 2013. No obstante pese a tratarse de un hallazgo tremendamente importante, todavía permanece la cuestión de si se trata del bosón de Higgs o alguna de las demás partículas predichas por modelos que van mucho más allá del modelo estandart...."
Diario EL PAÍS .- escribe "....En 2012, los responsables del CERN anunciaron el descubrimiento del bosón de Higgs, la partícula que daba masa a todas las demás, completaba el Modelo Estándar de Física de Partículas y justificaba en buena medida una inversión de más de 5.000 millones de euros. El éxito de la búsqueda del higgs se confirmó al año siguiente cuando Peter Higgs y François Englert recibieron el premio Nobel de Física de 2013 por haber predicho la existencia de la partícula medio siglo antes. Pero aunque el trabajo grueso parecía finalizado, la validez de unos modelos físicos o de otros, de qué es exactamente la materia oscura o de si la supersimetría, en la que no solo habría un bosón de Higgs, sino muchos, puede ser la teoría que nos lleve un paso más allá en la comprensión del universo, depende de detalles...."
Diario EL PAÍS .- añade : "A una partícula fundamental, el bosón de Higgs, se le ha llamado la partícula de Dios a menudo. A los físicos no nos gusta ese nombre. Nunca oirás a un físico o una física que lo use. Pero en 1993 el premio Nobel de Física Leon Lederman escribió un libro de divulgación sobre las partículas elementales que se llamó así: “La partícula de Dios: si el universo es la respuesta, ¿cuál es la pregunta?”. Y en él, Lederman cuenta el origen de ese apodo para el bosón de Higgs. El autor quería llamar a su libro La maldita partícula (The Goddamn Particle) porque su detección se resistía con tozudez, pero los editores pensaron que podía resultar ofensivo y se inclinaron por “La partícula de Dios” (the god particle) que les pareció mucho más comercial. El libro fue un éxito y popularizó esa fórmula para referirse a un bosón, el Higgs, tan esquivo para la ciencia y del que se esperaba que resolviera una buena parte de lo que se desconocía sobre los primeros instantes del universo. Se llame como se llame al bosón de Higgs lo que es innegable es que tiene una gran historia detrás..."
Diario EL PAÍS .- añade : "A una partícula fundamental, el bosón de Higgs, se le ha llamado la partícula de Dios a menudo. A los físicos no nos gusta ese nombre. Nunca oirás a un físico o una física que lo use. Pero en 1993 el premio Nobel de Física Leon Lederman escribió un libro de divulgación sobre las partículas elementales que se llamó así: “La partícula de Dios: si el universo es la respuesta, ¿cuál es la pregunta?”. Y en él, Lederman cuenta el origen de ese apodo para el bosón de Higgs. El autor quería llamar a su libro La maldita partícula (The Goddamn Particle) porque su detección se resistía con tozudez, pero los editores pensaron que podía resultar ofensivo y se inclinaron por “La partícula de Dios” (the god particle) que les pareció mucho más comercial. El libro fue un éxito y popularizó esa fórmula para referirse a un bosón, el Higgs, tan esquivo para la ciencia y del que se esperaba que resolviera una buena parte de lo que se desconocía sobre los primeros instantes del universo. Se llame como se llame al bosón de Higgs lo que es innegable es que tiene una gran historia detrás..."
https://www.nationalgeographic.com.es/ciencia/grandes-reportajes/11-cosas-que-no-sabias-sobre-lhc-cern_13139/2
Un viaje al interior del Gran Colisionador de Hadrones en el que descubrir algunos de sus secretos y logros
El acelerador de aceleradores
Enterrado bajo tierra, el LHC es un ambicioso proyecto de ingeniería. Se trata del mayor acelerador de partículas jamás construido: su circunferencia se extiende a lo largo de 26.659 metros y contiene 9.300 imanes en su interior.
Foto: CERN
Un desafío a la gravedad
Los imanes del LHC generan campos magnéticos 100.000 veces más potentes que la fuerza gravitacional de la Tierra
Foto: CERN
El frigorífico más grande del mundo
No solo se trata del mayor acelerador de partículas, si no también del "frigorífico" más grande del mundo. En el interior del LHC las temperaturas alcanzadas son astronómicas, y para su correcto funcionamiento, los imanes que lo conforman deben permanecer, en ocasiones, a temperaturas de -271,3 ºC, para lo que se emplean toneladas de nitrógeno líquido y helio.
Foto: CERN
Velocidad de vértigo
El del LHC es también el circuito en el que se alcanzan las velocidades más altas del mundo. En él, los científicos han logrado acelerar partículas hasta el 99.9999991% de la velocidad de la luz, el límite de velocidad en el universo.
Foto: CERN
Un lugar muy vacio
El LHC es a su vez, el lugar más vacío del sistema solar. Esto es indispensable para evitar que las partículas al ser aceleradas para su estudio, choquen con otras moléculas de gas. El vacío en su interior es similar al que encontramos en el espacio interplanetario.
Foto: CERN
Calor y frío extremos
Hemos hablado antes de las temperaturas de -271,3 ºC alcanzadas por el sistema de refrigeración del LHC; esta temperatura es incluso inferior a la del espacio exterior. Sin embargo, cuando colisionan, por ejemplo, dos haces de iones de plomo, concentradas en un minúsculo espacio, también se generan temperaturas unas 100.000 veces más calientes que el corazón del sol . Esto nos da una idea del increíble desarrollo necesario para el funcionamiento de un acelerador de partículas.
Foto: CERN
Proyecto ALICE
ALICE -Un Gran Experimento de Colisionador de Iones- es un detector de iones pesados en el anillo del Gran Colisionador de Hadrones. Toda la materia ordinaria en el universo de hoy está compuesta de átomos. Cada átomo contiene un núcleo compuesto por protones y neutrones -excepto el hidrógeno, que no tiene neutrones-, rodeado por una nube de electrones. Los protones y neutrones a su vez están hechos de quarks unidos por otras partículas llamadas gluones. ALICE está diseñado para estudiar la física de la materia que interactúa fuertemente en densidades de energía extremas, donde se forma una fase de materia llamada plasma de quark-gluón, un estado de la materia que se cree que se formó justo después del Big Bang.
Foto: CERN
Proyecto ATLAS
Los años venideros serán emocionantes ya que ATLAS lleva la física experimental a territorios inexplorados, tal vez con nuevos procesos y partículas que podrían cambiar nuestra comprensión de la energía y la materia. Los físicos de ATLAS evalúan las predicciones del Modelo Estándar, que resume nuestra comprensión actual de cuáles son los componentes básicos de la materia y cómo interactúan.
Foto: CERN
Proyecto CMS
El Proyecto CMS -Compact Muon Solenoid- consiste en uno de los detectores del Gran Colisionador de Hadrones. Tiene asociado un amplio programa de física que abarca desde el estudio del Modelo Estándar -incluido el bosón de Higgs- hasta la búsqueda da materia oscura. Aunque tiene los mismos objetivos científicos que el experimento ATLAS, utiliza diferentes soluciones técnicas y un diseño de sistema de imanes diferente. El detector CMS está construido alrededor de un gran imán de solenoide, que genera un campo de 4 teslas, unas 100.000 veces el campo magnético de la Tierra.
Foto: CERN
Proyecto LHCb
El experimento Large Hadron Collider beauty -LHCb- se especializa en investigar las leves diferencias entre materia y antimateria estudiando un tipo de partícula llamada "quark de belleza" o "b quark". Su objetivo es arrojar luz sobre por qué vivimos en un universo que parece estar compuesto casi por completo de materia, pero no antimateria.
Foto: CERN
Tras la pista del Boson de Higgs
El 4 de julio de 2012, los experimentos de ATLAS y CMS en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN anunciaron que cada uno había observado de manera independiente una nueva partícula con una masa de alrededor de 126 GeV. Esta partícula era susceptible de ser el bosón de Higgs predicho por el Modelo Estándar. Por "el descubrimiento teórico de un mecanismo que contribuye a nuestro entendimiento del origen de las partículas subatómica con masa", uno de los hallazgos más importantes de los últimos tiempos, sus descubridores recibieron el Premio Nobel de Física en 2013. No obstante pese a tratarse de un hallazgo tremendamente importante, todavía permanece la cuestión de si se trata del bosón de Higgs o alguna de las demás partículas predichas por modelos que van mucho más allá del modelo estandart.
Foto: CERN
Redacción
7 de septiembre de 2018
11 cosas que no sabías sobre el LHC del CERN
Situado en la frontera franco-suiza cerca de Ginebra, formando parte de uno de los 9 aceleradores de partículas del Centro Europeo para la Investigación Nuclear -CERN- y puesto en funcionamiento por primera vez el 10 de septiembre de 2008, el Gran Colisionador de Hadrones -LHC por sus siglas en inglés- es el acelerador de partículas más grande y potente que jamás haya existido.
En el seno del LHC, se encuentran algunos de los instrumentos más sofisticados jamás construidos. Los colisionadores se caracterizan por acelerar haces de partículas hasta energías muy próximas a la velocidad de la luz para después hacerlas colisionar entre sí o sobre otro tipo de blancos. Luego, a partir de detectores de todo tipo, se registran los resultados con el objetivo de comprender un poco más de que estamos hechos. Por decirlo de alguna manera, este tipo de aceleradores es el modo que tienen los científicos para tratar de escudriñar que se encuentra el interior de la materia.
En el marco de la física, su objetivo fundamental, es la búsqueda del origen y los constituyentes últimos de los átomos, sus componentes básicos, es decir, las llamadas partículas elementales. Y así, prestando gran atención a los productos resultantes de estas colisiones los físicos aprenden sobre las leyes de la Naturaleza.
Sin embargo, gracias a los aceleradores de partículas, y a la necesidad de desarrollar tecnologías paralelas para su construcción y funcionamiento, se han conseguido otros logros que han contribuido al desarrollo de la ciencia y al bienestar de la humanidad de forma considerable. Algunos ejemplos los encontramos en la informática, la criptografía moderna, el posicionamiento geográfico por satélite o en la digitalización de imágenes médicas y la radioterapia, entre muchas otras. Os presentamos un viaje al interior del LHC en el que descubrir algunos de sus secretos y logros.
CERN
https://home.cern/about/updates/2018/09/incredible-lightness-higgs
View of the ATLAS detector. The ATLAS collaboration reports results of a combination of searches for a new particle – dubbed a vector-like top quark – that could be the culprit behind the Higgs lightness. (Image: Claudia Marcelloni/ATLAS CERN)
Why is the Higgs boson so light? That’s one of the questions that has been bothering particle physicists since the famous particle was discovered in 2012. This is because the theory of how the particle interacts with the most massive of all observed elementary particles, the top quark, involves corrections at a fundamental (quantum) level that could result in a Higgs mass much larger than the measured value of 125 GeV. How large? Perhaps as much as sixteen orders of magnitude larger than the measured Higgs mass. Since the Higgs mass is so light, this suggests more particles could exist that cancel the quantum corrections from the top quark (and other heavy particles).
In a paper posted online and submitted to the journal Physical Review Letters, the ATLAS collaboration reports results of a combination of searches for a new particle – dubbed a vector-like top quark – that could help keep the Higgs boson light.
Various proposals attempt to cancel out the large quantum corrections to the Higgs boson mass. Many of them involve vector-like top quarks, which are hypothetical particles not predicted by the Standard Model of particle physics. Unlike the Standard Model top quark, which always decays to a bottom quark and a W boson, vector-like top quarks would decay in one of three different ways, if they decayed to Standard Model particles. Specifically, a vector-like top quark would decay to a bottom quark and a W boson, or to a Z boson and a top quark, or still to a Higgs boson and a top quark.
To maximise the chances of finding vector-like top quarks, the ATLAS collaboration conducted several different types of search using data from proton–proton collisions collected at the Large Hadron Collider (LHC) in 2015 and 2016 at an energy of 13 TeV; each individual search is sensitive to a particular set of particle decays. They then combined the results to increase the sensitivity to vector-like top quarks, yet found no sign of them.
Despite this, their analysis allowed them to expand the reach of individual searches and place the most stringent lower bounds on the mass of vector-like top quarks to date. The analysis excludes vector-like top quarks with masses below about 1300 GeV for any combination of the three top-quark decays into Standard Model particles. The previous best lower limit from an individual search was 1190 GeV.
It will now get more challenging: for masses heavier than 1300 GeV a single vector-like top quark is created more often than a pair. But with a wealth of data coming from the LHC, the search continues.
EL PAÍS
¿Qué fue del bosón de Higgs?
Seis años después de anunciar su descubrimiento, el CERN detecta el tipo de desintegración más común de la partícula envuelto en ruido de fondo
Daniel Mediavilla
Hace diez años, la construcción de una máquina descomunal para capturar una partícula diminuta atrapó la imaginación del mundo. Bajo el CERN, un gigantesco laboratorio de física a las afueras de Ginebra (Suiza), se había construido un acelerador de partículas de 27 kilómetros de circunferencia capaz de empujar protones hasta una velocidad cercana a la de la luz. Los físicos hacían chocar aquellos haces de partículas microscópicas para reconstruir las circunstancias energéticas de los primeros segundos de vida del universo y tratar de desvelar aspectos sobre la naturaleza de la materia invisibles en condiciones normales. En aquel tiempo se llegó a fantasear con la posibilidad de que la máquina crease un agujero negro que engullese el mundo, pero salvo algún inconveniente, todo salió más o menos según lo previsto.
En 2012, los responsables del CERN anunciaron el descubrimiento del bosón de Higgs, la partícula que daba masa a todas las demás, completaba el Modelo Estándar de Física de Partículas y justificaba en buena medida una inversión de más de 5.000 millones de euros. El éxito de la búsqueda del higgs se confirmó al año siguiente cuando Peter Higgs y François Englert recibieron el premio Nobel de Física de 2013 por haber predicho la existencia de la partícula medio siglo antes. Pero aunque el trabajo grueso parecía finalizado, la validez de unos modelos físicos o de otros, de qué es exactamente la materia oscura o de si la supersimetría, en la que no solo habría un bosón de Higgs, sino muchos, puede ser la teoría que nos lleve un paso más allá en la comprensión del universo, depende de detalles.
Un 60% de las veces que aparece el bosón de higgs se desintegra del modo descubierto ahora, seis años de detectar la partícula
Hace unos días, el CERN anunciaba que, seis años después de presentar el bosón de Higgs al mundo, había encontrado entre los escombros de los impactos entre protones la desintegración más común del bosón de Higgs. Como si se tratase de un equipo que analiza cómo sucedió un accidente de tráfico a partir de los frenazos o los restos de los automóviles involucrados, los físicos detectan determinadas partículas a partir de cómo se desintegran. En las condiciones de nuestro mundo, un bosón de Higgs permanece estable durante un tiempo ínfimo, billonésimas de billonésimas de segundo. Desde que se crea hasta que desaparece no llega a recorrer lo que ocupa un núcleo atómico y después se desmorona dejando tras de sí una cascada de partículas características. En este caso, las partículas eran una partícula ‘bottom’ y su correspondiente antipartícula.
Los planteamientos teóricos, calculan que el 60% de las veces que aparece el higgs en el LHC se desintegra de este modo. Sin embargo, los choques entre protones producen muchos quarks bottom y antibottom por motivos completamente diferentes y esas partículas ensucian la imagen de la desintegración del Higgs, mucho más infrecuente. Por eso, el higgs se halló antes en forma de desintegración de dos fotones, algo que sucede solo un 0,2% de las veces, pero que es más fácil de separar del ruido que se acumula en los detectores ATLAS y CMS. Abrir esta nueva vía de exploración del campo de Higgs, no obstante, proporciona un nuevo espacio para observar el comportamiento del bosón a través, por ejemplo, de la interacción con partículas aún por descubrir.
Aunque la existencia del higgs y sus distintas formas de desintegración estaban previstas, Alberto Casas, investigador del Instituto de Física Teórica de Madrid, señala que “en ciencia no basta con predecir teóricamente un fenómeno, hace falta comprobar esa predicción experimentalmente”. “De hecho, hay muchos modelos alternativos al Modelo Estándar, el actual paradigma de la física de partículas, con predicciones diferentes. La desintegración observada es una consecuencia crucial del Modelo Estándar, por lo que era muy importante su verificación”, añade.
El bosón de Higgs puede interactuar con la materia oscura, pero esas relaciones producirían desintegraciones invisibles a los detectores actuales
Después de confirmar las predicciones del ME, descubrimientos como la última desintegración del higgs servirán para determinar su naturaleza con precisión y saber cómo encaja en otros planteamientos teóricos que tratan de explicar misterios como la materia oscura. Casas apunta que “hay modelos de materia oscura en los que esta interacción es clave para entender su abundancia”, pero recuerda que habría una dificultad para observarla con la tecnología actual: “Serían desintegraciones “invisibles”, o sea, el bosón de Higgs se desintegraría en partículas de materia oscura que escapan a los detectores”. Además, las relaciones del bosón con la materia visible y la oscura también es diferente porque en la mayoría de los modelos de materia oscura “la masa de estas partículas no está generada por el campo de Higgs o lo está solo parcialmente”, continúa Casas.
Muchos grandes descubrimientos de la historia de la física han surgido a partir de observaciones de gran precisión, que demostraban que la teoría al uso debía ser modificada. "Un ejemplo es la precesión de la órbita de Mercurio (de solo 43 segundos de arco por siglo), que mostró la superioridad de la teoría de la relatividad de Einstein sobre la ley de gravitación de Newton", explica el investigador del IFT.
"El sector de Higgs es el más reciente, el más desconocido y el más extraño del Modelo Estándar. De hecho, muestra aspectos paradójicos que no se comprenden bien y que nos hacen pensar en la existencia de una nueva física más profunda que nos permita entenderlos. Por ello, profundizar en el conocimiento, teórico y experimental, del bosón de Higgs es crucial para el avance de la física fundamental", concluye.
EL PAÍS
Bosón de Higgs
¿Qué es la ‘partícula de Dios’?
El bosón de Higgs es el que ayuda a que todas las partículas tengan masa
MARIAM TÓRTOLA
24 JUL 2018 - 18:34 CEST
A una partícula fundamental, el bosón de Higgs, se le ha llamado la partícula de Dios a menudo. A los físicos no nos gusta ese nombre. Nunca oirás a un físico o una física que lo use. Pero en 1993 el premio Nobel de Física Leon Lederman escribió un libro de divulgación sobre las partículas elementales que se llamó así: “La partícula de Dios: si el universo es la respuesta, ¿cuál es la pregunta?”. Y en él, Lederman cuenta el origen de ese apodo para el bosón de Higgs. El autor quería llamar a su libro La maldita partícula (The Goddamn Particle) porque su detección se resistía con tozudez, pero los editores pensaron que podía resultar ofensivo y se inclinaron por “La partícula de Dios” (the god particle) que les pareció mucho más comercial. El libro fue un éxito y popularizó esa fórmula para referirse a un bosón, el Higgs, tan esquivo para la ciencia y del que se esperaba que resolviera una buena parte de lo que se desconocía sobre los primeros instantes del universo. Se llame como se llame al bosón de Higgs lo que es innegable es que tiene una gran historia detrás.
El Higgs es una de las partículas elementales que predice el modelo estándar. Vayamos por partes. El modelo estándar es para la física como la tabla periódica de los elementos para la química. En él están todas las partículas básicas de las que está formada la materia. Es decir, los componentes más pequeños de todo lo que existe en el universo, aquellos que, según suponemos, no pueden dividirse más. A esos componentes básicos los llamamos partículas elementales o fundamentales.
Quienes nos dedicamos a investigar esta rama de la física pensamos, porque así lo dicen los mejores modelos que tenemos, que cuando el universo acababa de nacer, solo una millonésima fracción de segundo tras su inicio, eso era lo que había. Nada más que esas partículas fundamentales y una gigantesca energía, o lo que es lo mismo, calor, y el espacio y el tiempo que acababan de nacer. De las interacciones entre esas partículas surgió todo lo que ahora forma el universo.
Las partículas fundamentales pueden ser de dos tipos: fermiones y bosones. Los fermiones son los que constituyen la materia, es decir, los electrones y sus primos pesados, muones y taus, y los quarks. Eso quiere decir que los fermiones son los constituyentes básicos de, por ejemplo, tú que estás leyendo esto, las estrellas, la silla en la que te sientas, este periódico, las nubes, la cerveza o esta mosca tan pesada.
Los bosones no son constituyentes de nada pero son los que hacen que el resto de las partículas interaccionen, son los que hacen que pasen cosas. Por ejemplo, para que existan interacciones electromagnéticas, como los fenómenos eléctricos, se necesita una de estas partículas, el fotón.
El bosón de Higgs es tan importante dentro del modelo estándar porque él es el que ayuda a que todas las partículas tengan masa. La masa es aquella característica de la materia que medimos con los kilos. Aunque las partículas elementales son tan diminutas que su masa es muy cercana a cero, pero no es cero. Sin el Higgs la teoría no funcionaba. En el modelo estándar se había predicho, y uno de los que hizo fue un físico llamado Peter Higgs en 1964, un mecanismo mediante el que las partículas elementales habrían obtenido su masa. A eso se le llamó “mecanismo de Higgs” y a la partícula que lo provocaría, bosón de Higgs. La explicación era muy elegante pero con el paso de los años apareció un problema. El bosón de Higgs no aparecía. Se realizaban experimentos para buscarlo pero la maldita partícula seguía sin detectarse. El desánimo había empezado a cundir cuando ocurrió: el 4 de julio de 2012, una institución europea que investiga la física de partículas, el CERN, anunciaba, por fin, que lo había conseguido. En sus instalaciones del LHC (Gran Colisionador de Hadrones por sus siglas en inglés) se había observado una nueva partícula fundamental: el bosón de Higgs. Así que, por el momento, el modelo encaja.
Pregunta de @xzeta666 vía Twitter
Mariam Tórtola. Doctora en Física. Instituto de Física Corpuscular. CSIC-Universidad de Valencia..
Coordinación y redacción. Victoria Toro
Nosotras respondemos es un consultorio científico semanal que contestará a las dudas de los lectores sobre ciencia y tecnología. Serán científicas y tecnólogas, socias de AMIT (Asociación de Mujeres Investigadoras y Tecnólogas), las que respondan a esas dudas. Envía tus preguntas a nosotrasrespondemos@gmail.com o por Twitter #nosotrasrespondemos.
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El mayor acelerador de partículas se actualiza para quintuplicar las colisiones
Una renovación radical del Gran Colisionador de CERN promete desvelar nuevos fenómenos de la física
Ginebra
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El acelerador de partículas que permitió descubrir el bosón de Higgs atraviesa la mayor renovación de sus 10 años de historia. En junio comenzaron las obras en Suiza para actualizar el Gran Colisionador de Hadrones, o LHC, a su futura versión, llamada LHC de Alta Luminosidad, o HiLumi LHC. El objetivo es prolongar la vida útil del acelerador y aumentar entre cinco y siete veces su luminosidad, es decir, la frecuencia de las colisiones entre protones, que hasta ahora era de unas 1.000 millones cada segundo. Con la mejora, los investigadores del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) podrán observar fenómenos físicos muy infrecuentes y afinar la precisión de los resultados conocidos.
El LHC produce, de media, un bosón de Higgs por cada diez mil millones de colisiones protón-protón. Esto se traduce en un bosón de Higgs cada diez segundos, más o menos. Aunque pueda parecer rápido, hizo falta recoger datos durante más de un año para confirmar el descubrimiento de esa partícula. El HiLumi LHC, que se prevé estará listo desde 2026, generará datos a una velocidad sin precedentes, lo cual permitirá investigar las propiedades del bosón de Higgs y acelerar los descubrimientos en las próximas décadas.
En los 12 años posteriores a la renovación, se espera que el acelerador acumule unas 10 veces más datos que en sus primeros 12 años de funcionamiento. “Es como estar en una habitación, y en vez de recibir la luz de una bombilla de 100 vatios, de repente se enciende una bombilla de 1.000 vatios; se ve todo mucho mejor”, dice Lucio Rossi, el director del proyecto HiLumi LHC.
Con la actualización, se verán beneficiados los experimentos que lleva a cabo el laboratorio para investigar física más allá del modelo estándar (la teoría que describe las partículas elementales conocidas y sus interacciones). Un área de especial interés en CERN es el estudio de la supersimetría, un principio no demostrado que sugiere la existencia de nuevas partículas pesadas por cada una de las partículas elementales conocidas. Si los científicos demuestran su validez, esta teoría justificaría la ligereza de la masa del bosón de Higgs, permitiría la unificación de las fuerzas físicas e incluso podría explicar la naturaleza de las partículas que forman la misteriosa materia oscura. El colisionador de partículas también se emplea para comprobar si los quarks —que componen la materia visible— pueden estar hechos de algo más elemental aún, y hay planes para probar teorías sobre la existencia de otras dimensiones.
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Para aumentar la luminosidad del acelerador circular, los ingenieros de CERN van a sustituir componentes en un tramo de 1.200 metros del aparato, que tiene una circunferencia total de 27 kilómetros. En el LHC, dos haces de protones circulan casi a la velocidad de la luz en sentidos opuestos para encontrarse en uno de los cuatro puntos de colisión, donde están instalados los detectores de partículas (CMS, Alice, Atlas y LHCb). Entre los nuevos componentes, se estrenan 24 imanes superconductores cuadrupolo que concentran los haces de protones en los lugares de interacción para incrementar las colisiones. Además, por primera vez el acelerador incluirá 16 cavidades de radiofrecuencia, cuyo propósito es inclinar los haces justo antes de la colisión para que choquen de frente y no de forma oblicua como lo hacían hasta ahora.
Además de los imanes cuadrupolo y de las cavidades de radiofrecuencia, los técnicos también instalarán cuatro imanes superconductores dipolo, que se encargan de curvar la trayectoria de los haces. Estos aparatos se fabrican en CERN con la misma tecnología que los nuevos imanes cuadrupolo: una innovadora aleación de niobio y estaño que es bastante frágil pero alcanza un campo magnético uniforme elevado, necesario para dirigir los haces enriquecidos de protones.
Las obras de ingeniería han comenzado por la parte suiza del complejo, cerca de la localidad de Meyrin, pero el trabajo continuará también por un punto en el lado francés del laboratorio. En la primera fase se construirán edificios de ventilación y de equipamiento eléctrico, además de nuevas galerías subterráneas para albergar instrumentos lejos de la radiación que emite el anillo principal. El acelerador de partículas continuará funcionando durante las obras excepto en dos paradas técnicas largas programadas, durante las cuales se llevarán a cabo las tareas de mantenimiento habituales y se instalarán los nuevos componentes para la actualización a alta luminosidad.
Bruno Martín forma parte del proyecto europeo Elusives, que aborda el estudio de neutrinos, materia oscura y física más allá del modelo estándar (H2020-MSCA-ITN-2015//674896-Elusives).
815 millones de euros en material
El proyecto de actualización del Gran Colisionador de Hadrones cuenta con un presupuesto en material de 950 millones de francos suizos (unos 815 millones de euros) y la participación de 29 instituciones de 13 países, incluidos algunos laboratorios de Estados Unidos y Japón. El diseño del proyecto comenzó en 2011 y en los últimos años se han estado elaborando prototipos de los nuevos instrumentos.
En España, el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) colabora mediante el desarrollo de un puntero imán superconductor que corrige la trayectoria de los haces de protones en el plano vertical y horizontal de forma simultánea. Además, varios centros de investigación y universidades españolas participan en la actualización de los detectores de partículas del colisionador, que también necesitan una puesta a punto para asumir la nueva carga de trabajo.
EL PAÍS
Los físicos de partículas determinan con precisión la masa del higgs
El CERN hace un balance positivo del funcionamiento del superacelerador LHC a alta energía, aunque detecta algunos problemas
Madrid
Durante los 27 meses en que el superacelerador de partículas LHC ha estado parado para hacer las mejoras que permiten ahora operarlo al doble de energía que antes, los científicos no han estado de brazos cruzados. Han completado muchos análisis de la ingente cantidad de datos que tomaron en la primera fase de operación, durante la cual descubrieron el ya famoso bosón de Higgs, la partícula que ayuda a explicar el origen de la masa de las demás partículas que tienen masa.
En julio de 2012, cuando anunciaron el histórico hallazgo, los dos grandes experimentos del LHC dieron dos masas muy similares pero no idénticas: el detector Atlas encontró el bosón en el rango de 126 GeV (gigaelectronvoltios), y el CMS, en 125 GeV. Ahora, el análisis conjunto de los registros de ambos equipos ha permitido determinar ese parámetro clave con gran precisión: han anunciado los científicos en la Conferencia de Física del LHC, celebrada la semana pasada en San Petersburgo (Rusia), según informa la revista Symmetry. La incertidumbre en el valor de la masa del Higgs se ha reducido así casi en un 30%, explicó en la conferencia Nick Wardle, científico de CMS.
El LHC, instalado junto a Ginebra, está funcionando bien, aunque no ha faltado algún problema desde que, el pasado mes de mayo, comenzó a operar a la más alta energía jamás alcanzada en una instalación científica. Rolf Heuer, director del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), que aloja la gran máquina, ha hecho balance esta semana de la segunda fase de operación del LHC destacando que “todos los experimentos han sido capaces de tomar datos de calidad a 13 TeV [la energía que tiene ahora el acelerador] y los primeros artículos [con los datos] de esta segunda fase, así como presentaciones en conferencias, se están preparando y haciendo públicas este mismo verano”.
La incertidumbre en el valor de la masa del Higgs se ha reducido así casi en un 30%
Sin embargo, reconoce Heuer en un artículo del CERN, “sería injusto dar la impresión de que todo ha ido a toda vela”, y señala que ha habido contratiempos que califica de “menores”. Algún quebradero de cabeza ha dado a los ingenieros el nuevo sistema de protección del LHC que evita que sus imanes puedan resultar dañados si en algún momento pierden su condición de superconductores por un fallo del sistema que los enfría hasta casi el cero absoluto (a -271,3 grados centígrados). De hecho, esta semana se está realizando una parada técnica prevista para hacer ajustes de mantenimiento y los expertos se están ocupando del problema. Es un nuevo sistema instalado para la actual fase de operación en la que el LHC opera al doble de energía de la anterior (con colisiones de protones a 13 TeV en lugar de ocho, como antes). La sensibilidad de ese sistema de protección de los imanes ha dado problemas y se va a rectificar este mismo mes, señala Heuer. También recuerda que “el objetivo principal de este año siempre ha sido poner a punto el LHC y los experimentos para la producción de datos a alta energía y alta intensidad en 2016,2017 y 2018”.
El director del CERN aborda el problema que se hizo patente en uno de los grandes experimentos del LHC, el CMS, nada más empezar a funcionar el acelerador en la nueva fase con el doble de energía. Se trata de un fallo en el sistema enfriamiento de los imanes superconductores del detector. A principios de junio, los responsables del CMS consideraban que era un fallo menor que se solucionaría en unos pocos días. Ahora Heuer señala que “el sistema parece estable, pero esta claro que hay contaminantes en la caja de enfriamiento que suministra helio líquido a los imanes, y que por tanto ha de limpiarse”. CMS seguirá tomando datos pese a todo hasta finales de año y las operaciones de limpieza necesarias se realizarán en la parada técnica del LHC prevista para este invierno, de manera que el detector este en plena forma para operar a principios de 2016.
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Hace unos días, cerca de Cessy (Francia), una mujer paseaba con su perro ajena a lo que se cocía bajo sus pies. Era un entorno idílico. Campos verdes con nieve en las umbrías, granjas de vacas y los Alpes recortados en el horizonte. Mientras, a 100 metros bajo tierra, cientos de operarios, ingenieros y físicos hacían los últimos ajustes para encender la mayor máquina del mundo, capaz de reproducir lo que pasó en el universo poco después del Big Bang.
El Gran Colisionador de Hadrones, o LHC, en la frontera entre Francia y Suiza, volverá a funcionar a finales de mes, probablemente el 23 de marzo. Los físicos llaman a estas puestas en marcha runs (carreras en inglés). En la primera ya se consiguió todo un récord mundial con el descubrimiento del bosón de Higgs. Lo que depara esta segunda, que durará hasta 2018, no lo sabe nadie. Tras dos años de reparación y acondicionamiento el acelerador va a funcionar al doble de potencia y cruzará una frontera de la física nunca antes traspasada. Al otro lado puede haber partículas desconocidas cuyo descubrimiento convertiría al célebre bosón en un polvoriento trofeo de niñez.
Una hilera de 47 botellas vacías de champán, whisky y vodka recuerdan la fiesta del descubrimiento del bosón
Reyes Alemany es piloto del LHC. Esta física de partículas española trabaja en el centro de control del acelerador, en la parte francesa del laboratorio europeo de física de partículas CERN. Es una gran sala diáfana dividida de cuatro islas de ordenadores y monitores que supervisan los cuatro grandes aceleradores de la instalación. Desde aquí se controla cuándo y cuántos protones legan al anillo de 27 kilómetros del LHC y cuándo los dos hacesopuestos comenzarán a chocar produciendo nuevas partículas. En la isla de control del LHC, bajo las pantallas, una hilera de 47 botellas vacías de champán, whisky y vodka recuerdan la fiesta del descubrimiento del bosón.
Pisar el acelerador del LHC es una inmensa responsabilidad. “Sería imposible cargárselo apretando el botón equivocado, pero si no lo operas correctamente estás perdiendo nuevos higgs o peor, partículas desconocidas que podrían no aparecer más”, explica.
En 20 minutos, el CERN acelera protones hasta rozar la velocidad de la luz. Si los astronautas pudieran hacer lo mismo conocerían otros planetas habitables y posiblemente viajarían en el tiempo. Al chocar, los protones se desintegran dejando al descubierto quarks, leptones y el resto de partículas elementales. El bosón de Higgs era la última que faltaba para describir toda la materia. Dicho así parece un logro descomunal, pero esa materia, la que compone cada átomo del universo conocido, ya sea en la Tierra o en la estrella más lejana, supone solo el 5% del cosmos. El 95% restante está hecho de materia oscura y energía oscura, los dos grandes misterios del universo.
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El LHC tiene tres grandes retos en esta segunda carrera. Uno es descubrir la supersimetría, que sería como “entrar en una nueva dimensión”, como dice María Chamizo, física del CMS, uno de los dos experimentos grandes del LHC. Un ascensor presurizado —previo paso por la cabina de reconocimiento de retina— lleva a la instalación. A 100 metros bajo tierra, metido en su caverna, el CMS es como un tambor de lavadora de cinco pisos de alto y 14.000 toneladas. En su centro chocan los protones y sus sensores captan las nuevas partículas.
La supersimetría, o SUSY, supone que cada partícula elemental conocida tiene una hermana supersimétrica desconocida. A cada higgs correspondería un higgsino, a cada neutrino su neutralino, etc. La interacción entre esas hermanas podría ser responsables de fenómenos que se observan en el universo y para los que no hay explicación. Por ejemplo, entre todas esas partículas supersimétricas estarían las que componen la materia oscura, el segundo gran objetivo del LHC. Esta cara oculta de la materia forma el 25% del universo. Nunca se ha observado, pero los astrónomos y cosmólogos creen que esta sustancia sustenta a las galaxias y los cúmulos de galaxias.
La posibilidad de encontrar ahora esas nuevas partículas no es “terriblemente convincente”, opina Frederic Teubert, físico del experimento LHCb, pero eso no quiere decir nada. “La ventaja que tenemos los físicos experimentales es que da igual lo que creas probable o razonable, nada sustituye a la evidencia experimental y por eso estoy impaciente por descubrir qué nos depara la naturaleza a estas energías que son ‘terra incognita”, reconoce. Las primeras colisiones estables de protones se esperan en los experimentos para el 18 de mayo y con ellas, posiblemente, la física desconocida.
El CERN recibe ataques informáticos "todos los días", dice una de sus responsables
El tercer reto del LHC es más asequible: medir al detalle el bosón de Higgs. En estos dos años la máquina ha estudiado “unos 1.000 bosones”, pocos para conocerlo a fondo, explica Chamizo. En esta segunda ronda se planea obtener al menos el doble de datos que en la anterior “Esta vez el higgs dejará de ser la estrella, pero aún nos queda mucho por medir, entre otras cosas su anchura exacta”, explica José Enrique García, físico del otro experimento grande del LHC, el ATLAS.
Un detector como CMS hace 40 millones de fotos cada segundo. A eso hay que sumarle las de los otros dos experimentos que hay dentro del anillo de 27 kilómetros del LHC. Sólo una parte de los datos se acaban almacenando, pero aún así hace falta un gran cerebro informático para procesar y almacenar todo.
El cementerio de protones
Una bofetada de calor recibe al visitante en el Centro de Cálculo del CERN, situado en la parte suiza. Decenas de miles de ordenadores se agrupan en columnas y pasillos. Su zumbido obliga a gritar. “No hay nada igual en ninguna otra parte del mundo”, explica Maite Barroso, una de las jefas del centro. La capacidad de computación se ha duplicado para esta nueva ronda. En total hay 11.000 servidores y el equivalente a 100.000 ordenadores personales funcionando sin descanso.
En na novela superventas de Dan Brown Ángeles y demonios, una secta se cuela en el CERN para intentar destruir el Vaticano con antimateria. En el mundo real, el botín está aquí. “Recibimos ataques informáticos todos los días, no solo por la capacidad de computación, también por la visibilidad que daría poder secuestrar los servidores del CERN”, confiesa esta ingeniera de telecomunicaciones. Por ahora, dice, nadie lo ha conseguido. “Como mucho se cuelan por un agujero del Linux, igual afectan a 20 máquinas pero enseguida se detecta y se aísla el problema”, detalla.
La primera vez que se encendió el LHC, en 2008, hubo un accidente y la enorme energía generada fundió parte de sus imanes superconductores. Aunque muchas de las personas que estos días trabajan en la puesta a punto de la máquina mencionan el incidente con preocupación, José Miguel Jiménez, jefe de tecnología del CERN, se muestra seguro de que todo saldrá bien. Su trabajo actual se centra en diseñar los nuevos cables superconductores y los imanes que permitirán duplicar el número de colisiones en 2019. “El LHC es una máquina que permite muchos descubrimientos, pero es casi el pasado”, reconoce Jiménez. “Mientras, aquí estamos preparando ya el futuro”, añade.
La vida de un protón en el CERN es efímera. Como mucho dará vueltas al anillo durante un ciclo completo de 14 horas. Si para entonces no se ha desintegrado, será desviado contra un tubo de grafito, aluminio y cemento de unos siete metros: el cementerio de los protones del CERN. La energía eléctrica usada durante el ciclo vuelve a la red eléctrica francesa y suiza y posiblemente encienda la casa de esa señora que pasea con su perro por Cessy. Unas tres horas después, los pilotos del LHC inyectarán otra tanda de protones en la mayor máquina del mundo.
Muchas preguntas por responder
Antonio Pich
El descubrimiento del bosón de Higgs ha confirmado la existencia de un nuevo campo de fuerzas, de naturaleza distinta a los cuatro que ya conocíamos (electromagnético, fuerte o nuclear, débil y gravitatorio). El “campo de Higgs” impregna todo el espacio-tiempo, frenando el movimiento de las partículas que interactúan con él y generando así su masa. Las vibraciones de este campo son los bosones de Higgs.
El Higgs puede aportar respuestas a varios de los enigmas más candentes de la física. Los constituyentes elementales de la materia están replicados tres veces, y estas réplicas solo se diferencian entre sí por su masa, es decir, por su interacción con el campo de Higgs. Aunque ignoramos las razones de esta repetición, creemos que está relacionada con la sorprendente ausencia de antimateria en el Universo observable. Otro misterio por resolver es la naturaleza de la “materia oscura”, de la cual tenemos muchas evidencias astrofísicas. La materia conocida solo representa el 5% de la masa del Universo, mientras que un 21% parece corresponder a una sustancia distinta que no emite luz (el resto es “energía oscura”, algo mucho más misterioso y desconocido). Si la energía disponible es suficiente, el LHC podría producir materia oscura y permitirnos estudiar sus propiedades. Al tener masa, es posible que esta sustancia desconocida interaccione con el campo de Higgs, que actuaría como un portal al “mundo oscuro”.
La propia existencia del Higgs plantea nuevas preguntas. ¿Es único o hemos descubierto el primer miembro de una clase diferente de partículas? Muchos modelos introducen campos adicionales. Por ejemplo, las teorías supersimétricas predicen que las partículas elementales conocidas (incluyendo el Higgs) tienen parejas con distinto espín. El LHC puede confirmar o refutar su existencia. Otra posibilidad es que el bosón de Higgs esté compuesto por constituyentes todavía no descubiertos; un nivel de subestructura adicional que daría lugar a nuevas formas de materia.
El LHC empieza una emocionante investigación a energías nunca antes exploradas. Cruzaremos las fronteras actuales del conocimiento, en busca de respuestas a problemas aún no resueltos. Es probable que encontremos fenómenos inesperados, cuya naturaleza no alcanzamos a sospechar.
Antonio Pich catedrático de Física Teórica del IFIC y coordinador del Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN)
EL PAÍS
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