Gran colisionador de hadrones

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Coordenadas: 46°14′N 06°03′E / 46.233, 6.050

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
Diseño del CMS collaboration.

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 a su antiguo nombre en francés: Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire); el LHC se encuentra 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.[n. 1]

A fines de 2009 se volvió a poner en marcha, y el 30 de noviembre del 2010 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. En 2012 el LHC empezó a funcionar a 4 TeV por haz y en febrero de 2013 se paró durante 20 meses para realizar las mejoras necesarias para la operación a la energía máxima de 7 TeV por haz; la reapertura está prevista para finales de 2014.[6] [7]

Este instrumento permitió confirmar la existencia de la partícula conocida como bosón de Higgs el 4 de julio del 2012, a veces llamada “partícula de la masa”. La observación de esta partícula es importante para explicar cómo las otras partículas elementales adquieren propiedades como la masa[8] y es 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 y para determinar por qué la gravedad es tan débil comparada con las otras tres fuerzas.[n. 2] Junto al bosón de Higgs también podrían producirse otras nuevas partículas cuya existencia se ha predicho teóricamente, y para las que se ha planificado su búsqueda,[10] como los strangelets, los micro agujeros negros, el monopolo magnético o las partículas supersimétricas.[11]

Experimentos[editar]

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).

Propósito del LHC[editar]

Parte del túnel del LHC situada debajo del LHC P8, cerca del LHCb.

Los físicos confían en que el LHC proporcione respuestas a las siguientes cuestiones:

  • El significado de la masa (se sabe cómo medirla pero no se sabe qué es realmente).
  • La masa de las partículas y su origen.
  • El origen de la masa de los bariones.
  • Número de partículas totales del átomo.
  • A saber el por qué tienen las partículas elementales diferentes masas (es decir, si interactúan las partículas con un campo de Higgs).
  • El 95 % de la masa del universo no está hecha de la materia que se conoce y se espera saber qué es la materia oscura.
  • La existencia o no de las partículas supersimétricas.
  • Si hay dimensiones extras, tal como predicen varios modelos inspirados por la Teoría de cuerdas, y, en caso afirmativo, por qué no se han podido percibir.
  • Si hay más violaciones de simetría entre la materia y la antimateria.
  • Recrear las condiciones que provocaron el Big Bang.[12]

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.

Red de computación[editar]

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 "nivel 0" de la red, ha dedicado una conexión de 10 Gb/s.

El detector CMS del LHC.

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 el "nivel 1" de procesamiento. Otras 150 instituciones constituyen el "nivel 2".

Se espera que el LHC produzca entre 10 a 15 petabytes de datos por año. Para controlar la configuración primaria para las máquinas de la red de ordenadores del LHC se utiliza una distribución científica del sistema operativo Linux llamada Scientific Linux. Esta red se utiliza para recibir y distribuir los datos a los 100 000 CPU de todo el mundo que constituyen los niveles 1 y 2 de procesamiento.[13]

Presupuesto[editar]

Tanques de helio.

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 de euros) destinados a los experimentos. Sin embargo, este coste fue superado en la revisión de 2001 en 480 millones de francos (300 millones de euros) en el acelerador, y 50 millones de francos (30 millones de euros) más en el apartado para experimentos.[14]

Según datos de 2012, el coste anual en almacenamiento de datos y ordenadores es de unos 220 millones de euros, y los gastos de electricidad, 18 millones. El presupuesto total anual del LHC es alrededor de 765 millones.[15]

Alarmas sobre posibles catástrofes[editar]

Desde que se proyectó el Gran Colisionador Relativista de Iones (RHIC), el estadounidense Walter Wagner y el español Luis Sancho[16] 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:[17]

A este respecto, el CERN ha realizado estudios sobre la posibilidad de que se produzcan acontecimientos desastrosos como microagujeros negros[18] inestables, redes, o disfunciones magnéticas.[19] La conclusión de estos estudios es que "no se encuentran bases fundadas que conduzcan a estas amenazas".[20] [21]

Resumiendo:

  • En el hipotético caso de que se creara un agujero negro, sería tan infinitamente pequeño que podría atravesar la Tierra sin tocar ni un solo átomo, ya que el 95% de estos son espacios vacíos. Debido a esto, no podría crecer y alcanzaría el espacio exterior, donde su probabilidad de chocar contra algo y crecer, es aún más pequeña.[22]
  • El planeta Tierra está expuesto a fenómenos naturales similares o peores a los que serán producidos en el LHC.
  • 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.
  • Durante la operación del colisionador de iones pesados relativistas (RHIC) en Brookhaven (EE. UU.) no se ha observado ni un solo strangelet. La producción de strangelets en el LHC es menos probable que el RHIC, y la experiencia en este acelerador ha validado el argumento de que no se pueden producir strangelets.

Estos argumentos no impidieron que hubiera revueltas e incluso un suicidio por temor al fin del mundo cuando LHC lanzó su primera partícula el 10 de septiembre del 2008.[23]

Línea de tiempo del colisionador[editar]

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, anunciándose 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).
2012-07-04 El 4 de julio de 2012 se presentaron en el CERN los resultados preliminares de los análisis conjuntos de los datos tomados por el LHC en 2011 y 2012. Los dos principales experimentos del acelerador (ATLAS y CMS) anunciaron la observación de una nueva partícula «compatible con el bosón de Higgs», con una masa de unos 125 GeV/c2.
2012-09-13 Tienen lugar por primera vez en el LHC colisiones entre protones e iones de plomo.
2013-02-13 Se para el colisionador durante 20 meses para emprender diversas obras de reparación y mejoras

Véase también[editar]

Notas[editar]

  1. Cada vez que el LHC sufre alguna avería, es necesario calentarlo hasta temperatura ambiente, reparar la avería y volver a enfriarlo a temperaturas cercanas al cero absoluto. El proceso completo conlleva aproximadamente unos tres meses.
  2. Stephen Hawking apostó 100 dólares a que la partícula bosón de Higgs no existe, y mencionó que sería más interesante el no encontrarla.[9]

Referencias[editar]

  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. «LHC physics data taking gets underway at new record collision energy of 8 TeV» (en inglés). Symmetry Magazine (5 de abril de 2012). Consultado el 10 de mayo de 2012.
  7. «Empiezan cuenta regresiva para que el Gran Colisionador de Hadrones entre en receso». La Jornada (UNAM). 12 de febrero de 2013. Consultado el 4 de junio de 2013. 
  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. «Stephen Hawking asegura que es posible viajar por el tiempo» Diario La Nación. (en español). Consultado: el 4 de mayo de 2010.
  10. 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)
  11. T. Lari, "La búsqueda de la supersimetría con los primeros datos de ATLAS".
  12. «Large Hadron Collider: commentary on Big Bang recreation; fuente: Telegraph Media Group Limited 2013, Por el Dr. David Evans» (en inglés). Consultado el 17 de Octubre de 2013.
  13. Large Hadron Collider - powered by Linux. consultado el 12 de septiembre de 2008. (En inglés).
  14. LHC Cost Review to Completion
  15. Knapp, Alex (5 de julio de 2012). «How Much Does It Cost To Find A Higgs Boson?» (en inglés). Forbes. 
  16. www.adn.es, "El laboratorio LHC tiene un 75% de probabilidad de extinguir la Tierra" (PDF)
  17. Las teorías catastrofistas se publican y detallan en cerntruth.com
  18. Dimopoulos, S. and Landsberg, G. Black Holes at the Large Hadron Collider. Phys. Rev. Lett. 87 (2001).
  19. Blaizot, J.-P. et al. Study of Potentially Dangerous Events During Heavy-Ion Collisions at the LHC. (PDF)
  20. J. R. Ellis, G. F. Giudice, M. L. Mangano, I. Tkachev, U. Wiedemann Revisión de la seguridad de las colisiones en el LHC. (en inglés)
  21. Resumen en castellano
  22. World Scientific Publishing Company (ed.): «Micro Black Holes in Laboratory; fuente: Cornell University Library» (en inglés). Consultado el 6 de noviembre de 2013.
  23. Chica de 16 años se suicida en la India por temor al fin del mundo - The Telegraph, Calcuta (India) (en inglés)

Enlaces externos[editar]