Gran colisionador de hadrones

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Coordenadas: 46°14′N 06°03′E / 46.233, 6.05

LHC.svg
Cadena de aceleradores
del Gran colisionador de hadrones (LHC)
Experimentos
ATLAS Aparato Toroidal del LHC
CMS Solenoide de Muones Compacto
LHCb LHC-beauty
ALICE Gran Colisionador de Iones
TOTEM Sección de Cruce total, diseminación
elástica y disociación por difracción
LHCf LHC-delantero
Preaceleradores
p y Pb Acelerador lineal
de protones y Plomo
(no marcado) Lanzador de Protones del Sincrotrón
PS Sincrotrón de protones
SPS Supersincrotrón de protones

El Gran Colisionador de Hadrones, GCH (en inglés Large Hadron Collider, LHC) es un acelerador y colisionador 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 de Ginebra, en la frontera franco-suiza. Fue diseñado para colisionar haces de hadrones, más exactamente de protones, de hasta 7 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.

El LHC es el acelerador de partículas más grande y energético del mundo.[1] 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.[3] 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 del helio líquido que enfría uno de los imanes superconductores.

A fines de 2009 fue vuelto a poner en marcha, y el 30 de noviembre de ese año 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.[6]

Teóricamente se espera que este instrumento permita confirmar la existencia de la partícula conocida como bosón de Higgs, a veces llamada "partícula de Dios"[7] o “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.[8]

Diseño del CMS collaboration.

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,[9] como los strangelets, los micro agujeros negros, el monopolo magnético o las partículas supersimétricas.[10]

Experimentos

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 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.

El detector CMS del LHC.
Tanques de helio.

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.[12] 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.[13] [14]

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.[13] [14]

"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.[13] [14]

Alarmas sobre posibles catástrofes

Desde que se proyectó el Gran Colisionador Relativista de Iones (RHIC), el estadounidense Walter Wagner y el español Luis Sancho[15] 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:

A este respecto, el CERN ha realizado estudios sobre la posibilidad de que se produzcan acontecimientos desastrosos como microagujeros negros[16] 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:

  • 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.

Línea de tiempo del colisionador

Línea de tiempo
Fecha Evento
2008-09-10 CERN disparó con éxito los primeros protones en el circuito del túnel por etapas.
2008-09-19 Se produjo amortiguación magnética en alrededor de 100 imanes de flexión en los sectores 3 y 4, causando una pérdida de aproximadamente 6 toneladas de helio líquido.
2008-09-30 Se tenía prevista la primera colisión, pero fue pospuesta por el accidente.
2008-10-16 CERN dio a conocer un análisis preliminar del incidente.
2008-10-21 Inauguración oficial.
2008-12-05 CERN publicó un análisis detallado.
2009-10-29 El LHC reanudó su operación a 3,5 TeV por haz.
2009-11-20 El LHC reinició sus operaciones.
2009-11-23 Los cuatro detectores captan las primeras colisiones a 450 GeV.
2009-11-30 El LHC rompe récord en ser el acelerador de partículas más potente del mundo, creando colisiones a 2.36 TeV (1.18 TeV por haz).
2009-12-16 El LHC es apagado para realizarse en él los ajustes necesarios para que pueda funcionar a 7 TeV.
2010-02-28 El LHC reanuda sus actividades, haciendo circular dos haces de partículas en sentidos contrarios con una energía de 450 GeV por haz.
2010-03-19 El LHC alcanza un nuevo récord haciendo circular los dos haces de protones, cada uno a 3.5 TeV.
2010-03-30 El LHC inicia exitosamente las colisiones de partículas a 7 TeV (3.5 TeV por haz). Se mantendría así hasta finales de 2011, para realizar los ajustes necesarios para ponerlo a funcionar a toda potencia (14 TeV).
2010-09-18 Se cierra junta de miembros del CERN, anunciandose que se pospondrá el experimento a 14 TeV para 2016.
2010-11-08 el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), recreó con gran éxito un "mini Big Bang" provocado por el choque de iones, anunció el Centro Europeo de Física Nuclear (CERN, por siglas en francés).

Curiosidades

Zoo de partículas en la supersimetría.
Convergencia de las tres fuerzas. Se marca la energía máxima del LHC.

En cultura popular

Véase también

Referencias

  1. Achenbach, Joel (01-03-2008). «The God Particle». National Geographic Magazine (National Geographic Society). ISSN 0027-9358. http://ngm.nationalgeographic.com/2008/03/god-particle/achenbach-text. 
  2. Dennis Overbye (29 de julio de 2008). "¡Que comience la ruptura de protones! (El rap ya se ha escrito)". The New York Times.
  3. http://lhc-first-beam.web.cern.ch/lhc-first-beam/Welcome.htmlNota de prensa del CERN, 7 de agosto de 2008
  4. El LHC será presentado el 21 de octubre. Científico ruso. RIA Novosti.
  5. CERN Press Release (30 de noviembre de 2009). «LHC sets new world record» (en inglés). Consultado el 30 de noviembre de 2009.
  6. El LHC funcionará a medio rendimiento hasta 2011
  7. The God Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question?, by Leon Lederman, Dick Teresi, hardcover ISBN 0-395-55849-2, paperback ISBN 0-385-31211-3, Houghton Mifflin Co; (January 1993)
  8. Ellis, John (19 de julio de 2007). «Más allá del modelo estándar con el LHC». Nature 448:  pp. 297–301. doi:10.1038/nature06079. http://www.nature.com/nature/journal/v448/n7151/full/nature06079.html. «Hay buenas razones, pero no hay garantías, para esperar que el LHC encuentre física nueva más allá del modelo estándar. Lo máximo que puede afirmarse por ahora es que el LHC tiene el potencial de revolucionar la física de partículas y que en algunos años podremos conocer el curso que tomará esta revolución». 
  9. I.F. Ginzburg, A. Schiller, “Search for a heavy magnetic monopole at the Fermilab Tevatron and CERN LHC”, Phys. Rev. D57 (1998) 6599-6603, arXiv:hep-ph/9802310; A. Angelis et al., "Formation of Centauro and Strangelets in Nucleus-Nucleus Collisions at the LHC and their Identification by the ALICE Experiment”, arXiv:hep-ph/9908210; G. L. Alberghi, et al., “Searching for micro black holes at LHC”, IFAE 2006, Incontri di Fisica delle Alte Energie (Italian Meeting on High Energy Physics)
  10. T. Lari, "La búsqueda de la supersimetría con los primeros datos de ATLAS".
  11. C LO. «astronomos.org». «página de astronomía».
  12. LHC Cost Review to Completion
  13. a b c «El LHC no se verá afectado por los recortes en el CERN - Europa Press España.». Consultado el 8 de septiembre de 2010.
  14. a b c «Los recortes en el CERN paralizan el trabajo de mil investigadores - Abierto Hasta el Amanecer.». Consultado el 8 de septiembre de 2010.
  15. http://www.adn.es/mundo/20080402/NWS-0306-LHC-probabilidad-laboratorio-extinguir-tierra.html (PDF)
  16. Dimopoulos, S. and Landsberg, G. Black Holes at the Large Hadron Collider. Phys. Rev. Lett. 87 (2001).
  17. Blaizot, J.-P. et al. Study of Potentially Dangerous Events During Heavy-Ion Collisions at the LHC. (PDF)
  18. Grupo de análisis de seguridad del LHC. Revisión de la seguridad de las colisiones en el LHC. (en inglés)
  19. Resumen en castellano
  20. Large Hadron Collider - powered by Linux. consultado el 12 de septiembre de 2008. (En inglés).
  21. Hackean el sistema del Gran Colisionador
  22. Chica de 16 años se suicida en la India por temor al fin del mundo - The Telegraph, Calcuta (India) (en inglés)
  23. «Stephen Hawking asegura que es posible viajar por el tiempo» Diario La Nación. (en español). Consultado: el 4 de mayo de 2010.

Enlaces externos

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