Skip to content

¿Cómo rastrean las partículas en el LHC?

¿Cómo rastrean las partículas en el LHC?

Un gráfico proyectado en una pantalla muestra estelas de colisión de partículas durante la Conferencia del Gran Colisionador de Hadrones en el Museo de Ciencia y Tecnología el 20 de diciembre de 2011 en Milán, Italia.

Foto de Pier Marco Tacca / Getty Images

Como sabe cualquiera que tenga un cubo de basura, es difícil controlar pequeños fragmentos de efímeros. Juras que tiene chinches, hay que ponerlas en alguna parte, ¿verdad? ¿Con pegamento? ¿O están en esa gran caja de suministros de oficina que también contiene algunas piezas al azar de viejos televisores, además de las tijeras que usa para esquilar a su perro todos los veranos? Y, eh, todas las fotos de tu boda también están en esta caja. Tal vez sea mejor que los sigas si están en la papelera. Ellos van.

Pasar por todo este lío aleatorio puede generar cierta simpatía por los físicos de la Organización Europea para la Investigación Nuclear. (Acortado a CERN, en una serie de eventos confusos relacionados con una traducción del francés al inglés). Los científicos del CERN son los niños y niñas inteligentes que dirigen el Gran Colisionador de Hadrones, que abreviamos para un LHC más práctico. El LHC es el acelerador de partículas grandes ubicado en las profundidades del interior de Suiza, donde los físicos han confirmado la existencia del bosón de Higgs, una partícula subatómica que ha llevado a los científicos a comprender mejor cómo la materia gana masa en el universo del LHC.

Anuncio

La palabra clave aquí es “subatómico”. Decir que los científicos del CERN estudian cosas a pequeña escala es quedarse corto. No solo observan dos protones, las mismas partículas subatómicas, colisionando, sino que también intentan mapear los desechos subatómicos que explotan cuando eso sucede. Para los no iniciados, puede parecer un cajón de basura con diminutas partículas que se mueven rápidamente … que, además de ser tan pequeñas, se desintegran casi más rápido de lo que puedes detectar.

Veamos todo el proceso de descomposición de las moscas para tener una idea de lo que los científicos deben monitorear. En el LHC, los protones corren en una pista circular a casi la velocidad de la luz. Y no están listos para cerrarse en ningún momento. Los científicos del CERN deben enviar un haz de protones a través del LHC, pasando el gas hidrógeno a través de un duoplasmatron, que elimina los electrones de los átomos de hidrógeno, dejando solo protones. [source: O’Luanaigh].

Los protones entran en LINAC 2, el primer acelerador del LHC. LINAC 2 es un acelerador lineal, que utiliza campos electromagnéticos para empujar y tirar protones, haciendo que se aceleren. [source: CERN]. Después de pasar por esta primera aceleración, los protones ya viajan a 1/3 de la velocidad de la luz.

Luego ingresan al Refuerzo de Sincrotrón de Protones, que consta de cuatro anillos. Grupos separados de protones giran uno alrededor del otro, mientras son acelerados por pulsos eléctricos e impulsados ​​por imanes. En este punto, están dentro del 91,6% de la velocidad de la luz y cada grupo de protones está más cerca.

Finalmente, se lanzan al protón del sincrotrón, ahora en un grupo más concentrado. [source: CERN]. En el sincrotrón de protones, los protones circulan alrededor del anillo de 628 metros (2.060 pies) a aproximadamente 1,2 segundos por revolución y alcanzan más del 99,9% de la velocidad de la luz. [source: CERN]. Aquí es donde realmente no pueden ir mucho más rápido; en cambio, los protones comienzan a ganar masa y se vuelven más pesados. Entran en el llamado Super Proton Synchrotron, un circuito de 7 kilómetros, donde se aceleran aún más (haciéndolos aún más pesados) para que estén listos para ser llevados a los tubos de haz del LHC.

Hay dos tubos de vacío en el LHC; uno tiene un haz de protones viajando en una dirección, mientras que el otro tiene un haz en la dirección opuesta. Sin embargo, en los cuatro lados del LHC de 27 km hay una cámara de detección a través de la cual pueden pasar los rayos, y aquí es donde ocurre la magia de la colisión de partículas. Aquí, finalmente, está nuestro cajón de desorden subatómico.

“Gracioso”, puedes pensar. “Es una buena historia sobre la aceleración de partículas, hermano. Pero, ¿cómo saben los físicos dónde van las partículas en el acelerador? ¿Y cómo diablos son capaces de rastrear la colisión de escombros para estudiarla?”

Imanes, yo. La respuesta son siempre los imanes.

Para ser justos, esta es solo la respuesta a la primera pregunta. (Llegaremos al segundo en un segundo). Pero unos imanes fríos realmente gigantescos impiden que las partículas vayan en la dirección equivocada. Los imanes se vuelven superconductores cuando se mantienen a una temperatura muy baja: estamos hablando de más frío que el espacio exterior. Los imanes superconductores crean un fuerte campo magnético que dirige las partículas alrededor del LHC y, eventualmente, entre sí. [source: Izlar].

Lo que nos lleva a nuestra siguiente pregunta. ¿Cómo rastrean los científicos las partículas resultantes del evento de colisión? “Track” en realidad se convierte en una palabra reveladora en nuestra explicación. Como puede imaginar, los físicos no solo ven la televisión en la pantalla grande, desde un espectáculo de fuegos artificiales de protones hasta reposiciones de “Star Trek”. Al observar las corridas y colisiones de protones, los científicos analizan principalmente los datos. (Sin datos). Las partículas que “rastrean” después de las colisiones son en realidad sólo rastros de datos que pueden analizar.

De hecho, uno de los detectores se llama rastreador y permite a los físicos “ver” el camino que tomaron las partículas después de la colisión. Obviamente, lo que ven es una representación gráfica del rastro de la partícula. A medida que las partículas se mueven a través del rastreador, las señales eléctricas se registran y luego se traducen a un modelo de computadora. Los detectores calorimétricos también detienen y absorben una partícula para medir su energía, y la radiación también se usa para medir su energía y masa, reduciendo así la identidad de una partícula en particular.

Así es esencialmente como los científicos pudieron rastrear y capturar partículas durante y después del proceso de aceleración y colisión, cuando el LHC llevó a cabo su análisis final. Sin embargo, un problema era que había tantas colisiones por segundo, estamos hablando de miles de millones, que no todos los protones rotos no eran realmente interesantes. Los científicos tenían que encontrar una forma de separar las colisiones útiles de las irritantes. Ahí es donde entran los detectores: localizan partículas que parecen interesantes y luego las ejecutan a través de un algoritmo para ver si merecen una mirada más cercana. [source: Phoboo]. Si necesitan una mirada más cercana, los científicos pueden hacerlo.

Cuando se reinicie el LHC en 2015, habrá incluso más colisiones que antes (y el doble de energía de colisión) [source: Charley]. Cuando esto sucede, el sistema que levanta la bandera de “hey, mira esto” para los físicos se jacta de una actualización: se harán más selecciones para avanzar más allá de la primera etapa, por lo que todos estos eventos serán analizados por completo.

Así que estad atentos para obtener más información sobre cómo los físicos rastrean las partículas en el LHC; las cosas pueden cambiar más o menos a la velocidad de la luz.

Anuncio