Nuestra comprensión del Universo está a punto de cambiar
El gran colisionador de hadrones (LHC) es un gigantesco instrumento científico situado cerca de Ginebra, a caballo de la frontera franco-suiza, a unos 100 metros bajo tierra. Se trata de un acelerador de partículas, con el cual los físicos estudiarán las partículas más pequeñas conocidas: los componentes fundamentales de la materia. El LHC revolucionará nuestra comprensión del mundo, desde lo infinitamente pequeño, en el interior de los átomos, a lo infinitamente grande del Universo.
Dos haces de partículas subatómicas de la familia de los « hadrones » (protones o iones de plomo) circularán en sentido inverso en el interior del acelerador circular, almacenando energía cada vez. Haciendo entrar en colisión frontal los dos haces a una velocidad cercana a la de la luz y a muy altas energías, el LHC recreará las condiciones que existían justo después del Big Bang. Equipos de físicos del mundo entero analizarán las partículas resultantes de tales colisiones utilizando detectores especiales.
Existen numerosas teorías en cuanto a los resultados de tales colisiones. En todo caso, los físicos prevén una nueva era de la física, que aporte nuevos conocimientos sobre el funcionamiento del Universo. Durante decenios, los físicos se han apoyado en el modelo standard de la física de partículas para intentar comprender las leyes fundamentales de la Naturaleza. Pero ese modelo es insuficiente. Los datos experimentales obtenidos gracias a las energías muy elevadas del LHC permitirán ampliar las fronteras del saber, planteando un desafío a quienes buscan confirmar las teorías actuales y a aquellos que sueñan con nuevos paradigmas.
Crédito de la imagen: CERN
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El gran colisionador de Hadrones (LHC) (II)
Algunas preguntas sin respuesta
¿Por qué el LHC?
El LHC fue construido para ayudar a los científicos a responder a ciertas preguntas esenciales de la física de las partículas para las que todavía no hay respuesta. La energía sin precedentes que alcanzará podría incluso revelar resultados completamente inesperados.
A lo largo de los últimos decenios, los físicos han podido describir cada vez con más precisión las partículas fundamentales que constituyen el Universo, así como sus interacciones. Esta comprensión del Universo constituye el modelo standard de la física de partículas. Pero tal modelo presenta fallos y no lo explica todo. Para llenar esas lagunas, los científicos necesitan datos experimentales y el LHC les permitirá superar la siguiente etapa.
La obra inacabada de Newton: ¿qué es la masa?
¿De dónde procede la masa? ¿Por qué esas minúsculas partículas tienen su propia masa? La pregunta ha sido objeto de debates.
La explicación más plausible podría ser el papel del bosón de Higgs, una partícula esencial para la coherencia del modelo standard. Teorizada por primera vez en 1964, esta partícula nunca ha sido observada hasta ahora.
Los experimentos ATLAS y CMS buscarán las señales de esta partícula.
Un problema invisible: ¿de qué está constituido el 96% del Universo?
Todo lo que vemos en el Universo, desde las hormigas hasta las galaxias, está constituido por partículas ordinarias. Esas partículas se denominan colectivamente materia, y forman el 4% del Universo. Se cree que el resto del Universo está constituido por materia negra y energía oscura, pero por desgracia éstas son difíciles de detectar y de estudiar si no es a través de las fuerzas gravitacionales que ejercen. La exploración de la naturaleza de la materia negra y de la energía oscura es, hoy por hoy, uno de los mayores desafíos de la física de partículas y de la cosmología.
Los experimentos ATLAS y CMS buscarán partículas supersimétricas a fin de ensayar una hipótesis plausible sobre la naturaleza de la materia negra.
El favoritismo de la Naturaleza: ¿por qué no hay más antimateria?
Vivimos en un mundo hecho de materia; todo en el Universo, incluidos nosotros, está constituido por materia. La antimateria es como la hermana gemela de la materia, pero con una carga eléctrica opuesta. Durante el Big Bang que marcó el nacimiento del Universo, debieron producirse materia y antimateria en cantidades iguales. No obstante, cuando las partículas de materia y de antimateria se encuentran, se aniquilan mutuamente y se transforman en energía. De una forma u otra, una ínfima fracción de materia debió persistir para formar el Universo en el cual vivimos hoy, y en el que prácticamente no subsiste antimateria. ¿Por qué la Naturaleza parece tener preferencia por la materia en detrimento de la antimateria?
El experimento LHCb buscará las diferencias entre materia y antimateria y contribuirá a responder a esta pregunta. Experimentos precedentes ya revelaron una ligera diferencia de comportamiento, pero lo que se ha observado hasta hoy está lejos de ser suficiente para explicar el aparente desequilibrio materia-antimateria en el Universo.
Los secretos del Big Bang: ¿qué aspecto tenía la materia en los primeros instantes del Universo?
La materia podría tener como punto de origen un cóctel caliente y denso de partículas fundamentales, formado una fracción de segundo después del Big Bang. Los físicos creen que en aquel instante había más tipos de partículas fundamentales que las que quedan hoy. A fin de estudiar las partículas que ya no existen, el experimento ALICE utilizará el LHC para recrear condiciones similares a las que reinaban justo después del Big Bang. El detector ALICE ha sido especialmente concebido para analizar un estado particular de la materia, denominado plasma de quarks y de gluones, que se cree existió justo después de la creación del Universo.
Mundos ocultos: ¿existen verdaderamente otras dimensiones?
Einstein demostró que las tres dimensiones del espacio están ligadas al tiempo. Teorías más recientes proponen la existencia de otras dimensiones espaciales ocultas; la teoría de las cuerdas, por ejemplo, postula la existencia de seis dimensiones espaciales suplementarias que todavía no habrían sido observadas nunca. Podrían ser detectadas a energías muy altas, y por esa razón los datos recogidos por todos los detectores serán cuidadosamente analizados a fin de no pasar por alto ningún indicio de otras dimensiones.
Crédito de la imagen: CERN
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El gran colisionador de hadrones (LHC) (III)
Funcionamiento del LHC
El LHC, el acelerador de partículas mayor y más potente del mundo, es el último eslabón del complejo de aceleradores del CERN (Organización Europea de Investigación Nuclear). Consiste en un anillo de 27 km de circunferencia formado por imanes supraconductores y por estructuras aceleradoras que aumentan la energía de las partículas que circulan por él. En el interior del acelerador, dos haces de partículas circulan a energías muy altas y a una velocidad cercana a la de la luz antes de entrar en colisión una con otra. Los haces circulan en sentido opuesto, en tubos distintos situados bajo un vacío de alto nivel (ultravacío). Son guiados a lo largo del anillo del acelerador por un potente campo magnético, generado por electroimanes supraconductores. Estos últimos se componen de bobinas de un cable eléctrico especial que funciona en estado de supraconductor, es decir, conduciendo la electricidad sin resistencia ni pérdida de energía. Para ello, los imanes deben ser enfriados a -271ºC, una temperatura más fría que la del espacio intersideral. Es la razón por la cual una gran parte del acelerador está conectada a un sistema de distribución de helio líquido que enfría los imanes así como otros sistemas anexos.
Para dirigir los haces a lo largo del acelerador se utilizan millares de imanes de tipos y de dimensiones diferentes. Entre ellos los imanes principales, entre los que se encuentran 1234 imanes bipolares de 15 metros de longitud utilizados para curvar la trayectoria de lo shaces, y 392 imanes cuadripolares de 5 a 7 metros de longitud que concentran los haces. Justo antes de la colisión, se utiliza otro tipo de imán para “pegar” las partículas unas a otras, con el fin de aumentar las probabilidades de colisión. Esas partículas son tan minúsculas que hacerlas entrar en colisión equivale a lanzar dos agujas, una contra otra, desde una distancia de 10 km.
Todos los sistemas de control del acelerador y de su infraestructura técnica están agrupados en el Centro de Control del CERN. Desde allí se activarán las colisiones de los haces en el centro de los detectores de partículas.
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El gran colisionador de Hadrones (LHC) (IV)
Los experimentos
Los seis experimentos del LHC son colaboraciones internacionales que reunen a científicos de institutos de todo el mundo. Cada experimento es distinto y se caracteriza por su detector de partículas.
Los dos experimentos mayores, ATLAS y CMS, van equipados con detectores polivalentes destinados a analizar la miríada de partículas producidas durante las colisiones en el interior del acelerador, y estudiar así los aspectos más diversos de la física. Esos dos detectores, concebidos de forma independiente, permiten situar las informaciones en caso de descubrimiento.
Dos experimentos de dimensión mediana, ALICE y LHCb, van equipados con detectores especializados y analizarán fenómenos específicos durante las colisiones en el LHC.
Otros dos experimentos de dimensión claramente menor, TOTEM y LHCf, estudiarán los hadrones que escapan por poco a una colisión frontal. En efecto, cuando dos haces que circulan en sentido opuesto alcanzan el punto de colisión, sólo entrechocan algunas partículas. Otras se rozan, mientras que la gran mayoría continúa su ruta sin encontrarse con otras partículas. Las que únicamente se rozan se desvían muy ligeramente de la trayectoria del haz: son las “partículas de ángulo pequeño” analizadas por TOTEM y LHCf.
Los detectores ATLAS, CMS, ALICE y LHCb están instalados en el interior de cuatro enormes cavernas situadas a lo largo del anillo del LHC. Los detectores del experimento TOTEM están situadas cerca del detector CMS, y los del experimento LHCf están cerca del detector ATLAS.
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El gran colisionador de hadrones (LHC) (V)
Los experimentos: ALICE
ALICE : A Large Ion Collider Experiment (Gran Experimento de Colisionador de Iones)
Para el experimento ALICE, el LHC hará entrar en colisión iones de plomo a fin de recrear en laboratorio las condiciones que reinaban justo después del Big Bang. Los datos obtenidos permitirán estudiar la evolución de la materia desde el nacimiento del Universo hasta nuestros días.
Toda la materia ordinaria presente en el Universo actual está compuesta por átomos. Cada átomo está constituído por un núcleo compuesto de protones y de neutrones, y rodeado por una nube de electrones. Los protones y los neutrones, por su parte, están formados por quarks.
Los quarks son partículas fundamentales. Siempre se les encuentra en grupos de tres o cuatro, o en parejas quark-antiquark, enlazados entre ellos por partículas llamadas gluones. Debido a ese enlace increíblemente potente, nunca se ha observado ningún quark aislado.
Las colisiones que se producirán en el LHC generarán temperaturas más de 100.000 veces superiores a las que reinan en el centro del Sol. Los físicos esperan que de esta manera los protones y los neutrones se “fundirán”, liberando los quarks de la influencia de los gluones y creando un estado de la materia denominado plasma de quarks y de gluones. Ese estado probablemente existió justo después del Big Bang, cuando el Universo todavía era extremadamente cálido. Las partículos que se encuentran hoy en abundancia en el Universo (los protones y los neutrones) se habrían formado en ese plasma.
Una colaboración de más de 1.000 científicos que representan a 94 institutos y 28 países trabaja en el experimento ALICE (marzo 2006).
El detector ALICE:
Dimensiones : 26 metros de longitud, 16 metros de anchura, 16 metros de altura.
Peso : 10.000 toneladas
Configuración : tonel central más espectrómetro de muones de ángulo pequeño de un solo brazo.
Situación: St Genis-Pouilly, France.
Enlace:
Página web de ALICE
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El gran colisionador de hadrones (LHC) (VI)
Los experimentos: ATLAS
ATLAS : A Toroidal LHC ApparatuS (Aparato Toroidal LHC)
ATLAS es uno de los dos detectores polivalentes del LHC. Explorará un amplio abanico de ámbitos de la física, desde la búsqueda del bosón de Higgs a la de otras dimensiones, pasando por la búsqueda de partículas que puedan constituir la materia negra.
ATLAS, que comparte los mismos objetivos de física que el CMS, medirá datos comparables sobre las partículas creadas durante las colisiones: su trayectoria, su energía y su naturaleza. Una vez dicho esto, las soluciones técnicas y las configuraciones seleccionadas para los sistemas magnéticos de estos dos detectores son radicalmente distintas.
El detector ATLAS está caracterizado principalmente por su enorme sistema magnético toroidal. Dicho sistema está compuesto por ocho bobinas de imanes supraconductores de 25 metros de longitud, dispuestos cilíndricamente a lo largo del tubo del haz cuyo eje constituye el centro del detector. Durante la fase de explotación, el campo magnético queda confinado en el interior del espacio cilíndrico central delimitado por las bobinas.
Más de 1.700 científicos, que representan a 159 instituciones y 37 países, trabajan en el experimento ATLAS (marzo 2006).
El detector ATLAS:
Dimensiones : 46 metros de longitud, 25 metros de anchura, 25 metros de altura; ATLAS es el mayor detector jamás construido
Peso : 7.000 toneladas
Configuración : barril y tapones
Situación : Meyrin, Suiza.
Enlace:
Página web de ATLAS
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El gran colisionador de hadrones (LHC) (VII)
Los experimentos: CMS
CMS : Compact Muon Solenoid (Solenoide compacto para muones)
El experimento CMS utiliza un detector polivalente para explorar un amplio abanico de campos de la física, desde la búsqueda del bosón de Higgs a la de otras dimensiones pasando por la búsqueda de las partículas que podrían constituir la materia negra. Aunque persigue los mismos objetivos científicos que el experimento ATLAS, la colaboración CMS ha optado por otras soluciones técnicas y un sistema magnético de concepción diferente.
El detector CMS ha sido construido alrededor de un enorme imán solenoide. Ese imán se presenta en forma de una bobina cilíndrica supraconductora que generará un campo magnético de 4 teslas; aproximadamente 100.000 veces el campo magnético terrestre. El campo magnético queda confinado por una “culata” de acero que constituye la mayor parte de las 12.500 toneladas del detector. Contrariamente a los demás detectores gigantes del LHC, que han sido construidos bajo tierra, CMS ha sido construido en la superficie. Posteriormente, sus 15 secciones fueron bajadas a la caverna para ser ensambladas allí.
Más de 2.000 científicos, que representan a 155 instituciones y a 37 países, colaboran en el experimento CMS (octubre 2006).
El detector CMS
Dimensiones : 21 metros de longitud, 15 metros de anchura y 15 metros de altura
Peso : 12.500 toneladas
Configuración: barril y tapones
Situación : Cessy, Francia.
Enlace :
Página web de CMS
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El gran colisionador de hadrones (LHC) (VIII)
Los experimentos: LHCb
LHCb : Large Hadron Collider beauty (belleza del Gran Colisionador de Hadrones)
El experimento LHCb busca comprender por qué vivimos en un Universo que parece estar constituido totalmente de materia, sin ninguna presencia de antimateria.
El experimento explorará las diferencias entre materia y antimateria estudiando un tipo de partículas denominadas “belleza quark” o “quark b”. El LHC recreará los instantes justo después del Big Bang, durante los cuales se habrían producido los pares de quarks b y de antiquarks b.
LHCb utiliza una serie de sub-detectores alineados a lo largo del haz con el fin de seguir principalmente las partículas de ángulo pequeño. El primer sub-detector está instalado cerca del punto de colisión; los otros se suceden en una longitud de 20 metros.
LHCb creará una gran variedad de tipos de quarks antes de desintegrarse rápidamente para formar otras partículas. Para interceptar los quarks b, la colaboración LHCb ha diseñado y construido trayectógrafos móviles, instalados lo más cerca posible de la trayectoria de los haces.
La colaboración LHCb cuenta con 650 científicos, que representan a 48 instituciones y a 13 países (abril 2006).
El detector LHCb
Dimensiones : 21 metros de longitud, 13 metros de anchura y 10 metros de altura
Peso : 5.600 toneladas
Configuración: espectrómetro de ángulos pequeños con detectores planarios
Situación: Ferney-Voltaire, Francia.
Enlace:
Página web de LHCb
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El gran colisionador de hadrones (LHC) (IX)
Los experimentos: TOTEM
TOTEM: TOTal Elastic and diffractive cross section Measurement (Medición de sección cruzada total elástica y difractiva)
El experimento TOTEM estudia las partículas de ángulos muy pequeños, una parte de la física inaccesible a los experimentos polivalentes. Entre otras investigaciones TOTEM medirá, por ejemplo, las dimensiones de los protones y evaluará con precisión la luminosidad del LHC.
Para ello, TOTEM debe poder detectar las partículas producidas lo más cerca posible del LHC. El experimento comprenderá detectores protegidos en cámaras de vacío especialmente diseñadas; esos detectores, denominados “ánforas romanas”, están conectados a los tubos del haz del LHC. Se situarán ocho ánforas romanas por parejas en cuatro emplazamientos cercanos al punto de colisión del experimento CMS.
Aunque ambos experimentos son independientes, TOTEM complementará los resultados obtenidos por el detector CMS así como por los otros experimentos del LHC.
El experimento TOTEM cuenta con 50 científicos que representan a 10 institutos y 8 países (2006).
El detector TOTEM:
Dimensiones: 440 metros de longitud, 5 metros de anchura y 5 metros de altura
Peso : 20 toneladas
Configuración: ánforas romanas con detectores GEM y cámaras de cintas catódicas
Situación: Cessy, Francia (cerca de CMS)
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El gran colisionador de hadrones (LHC) (X)
Los experimentos: LHCf
LHCf: Large Hadron Collider forward (Gran Colisionador avanzado de Hadrones)
El experimento LHCf utiliza las partículas de ángulo pequeño creadas en el interior del LHC para simular rayos cósmicos en condiciones de laboratorio.
Los rayos cósmicos son partículas cargadas procedentes del espacio interestelar y que bombardean constantemente la atmósfera terrestre. Cuando alcanzan la alta atmósfera, esas partículas energéticas chocan contra núcleos de átomos, lo que produce una cascada de partículas en el suelo.
Las colisiones en el LHC producen cascadas similares, que podrán ayudar a los físicos a contrastar los detectores de los gigantescos experimentos sobre los rayos cósmicos (algunos pueden cubrir miles de kilómetros) así como a interpretar sus resultados.
El experimento LHCf cuenta con 22 científicos que representan a 10 instituciones y 4 países (septiembre 2006).
El detector LHCf
Dimensiones: dos detectores, cada uno de los cuales mide 30 cm de longitud, 10 cm de anchura y 80 cm de altura
Peso: 40 kg cada uno
Situación: Meyrin, Suiza (cerca de ATLAS)
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El gran colisionador de hadrones (LHC) (XI)
La informática en el LHC
Cuando se inicie la explotación del LHC, se producirán cada año unos 15 petaoctetos (15 millones de gigaoctetos) de datos; el equivalente de una pila de CD de 20 km de altura. Miles de investigadores de todo el mundo desearán acceder a esos datos para analizarlos, y por esa razón el CERN decidió construir una infraestructura distribuida de almacenaje y de tratamiento de los datos: la red de cálculo LHC, o LCG (LHC Computing Grid).
Los datos de los experimentos del LHC serán distribuidos a todo el planeta, mientras que el CERN conservará una copia de seguridad primaria en cinta. Después del tratamiento inicial, los datos serán distribuidos hacia varios grandes centros informáticos operacionales 24 horas al día que dispondrán de una capacidad de almacenaje suficiente para acoger grandes cantidades de los mismos.
A continuación esos centros pondrán los datos a disposición de otras instalaciones constituidas por uno o varios centros de cálculo, con el fin de llevar a cabo tareas especializadas de análisis. Los investigadores accederán a título individual a esos equipamientos mediante recursos tales como los terminales locales de los departamentos universitarios, o incluso desde su ordenador individual, los cuales podrán tener acceso con regularidad a la red LCG.
La red LCG colabora estrechamente con los otros proyectos de redes del CERN:
- EGEE (Enabling Grid for E-sciencE): el LCG sirve de soporte de producción primaria para este proyecto europeo consagrado a la investigación en línea y lanzado en abril de 2004 con vistas a establecer una infraestructura de red en una vasta gama de campos científicos.
- El "CERN laboratorio abierto" (CERN openlab): el LCG también sigue la evolución en la industria, en particular a través del "laboratorio abierto", una asociación mediante la cual empresas de informática de punta prueban y validan tecnologías de red de vanguardia en el entorno LCG.
Enlaces:
Página web de GridCafé
Página web de LHC@home
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El gran colisionador de hadrones (LHC) (XII)
La seguridad en el LHC
El Gran colisionador de hadrones (LHC) puede alcanzar energías que ningún otro acelerador de partículas ha alcanzado jamás, energías que sólo la Naturaleza ha podido generar. Sin esta potente máquina, los físicos no podrían seguir sondeando los grandes misterios del Universo. Las consecuencias de esas colisiones de partículas de alta energía han podido suscitar recelos. Pero no existe ninguna razón para preocuparse.
Energías muy modestas a escala de la Naturaleza
Los aceleradores recrean, en condiciones de laboratorio, el fenómeno natural de los rayos cósmicos, esas partículas producidas en el espacio intersideral durante acontecimientos tales como la formación de supernovas o de agujeros negros, y aceleradas a energías que sobrepasan con mucho las del LHC. Los rayos cósmicos viajan a través del Universo y bombardean incesantemente la atmósfera de la Tierra desde su formación, hace 4.500 millones de años. Aunque la potencia del LHC es impresionante en comparación con la de otros aceleradores, las energías producidas durante las colisiones son muy débiles en relación con las de algunos rayos cósmicos. Las energías muy superiores liberadas por las colisiones que se han producido en la Naturaleza desde hace miles de millones de años no han tenido consecuencias nefastas para la Tierra. Por lo tanto, no hay ninguna razón para pensar que los acontecimientos que se producirán en el LHC puedan tenerlas.
Los rayos cósmicos no entran en colisión únicamente con la Tierra, sino también con la Luna, Júpiter, el Sol y otros cuerpos celestes. El número total de tales colisiones es gigantesco comparado con el que se espera alcanzar con el LHC. El hecho de que los planetas y las estrellas estén todavía intactos nos reafirma en la idea de que las colisiones que se producirán en el LHC son seguras. La energía del LHC, enorme, bien es verdad, para un acelerador, es muy modesta a escala de la Naturaleza.
Mosquitos y TGV
La energía total de los dos haces de protones que circulan por el interior del LHC equivale a un tren de 400 toneladas (como el TGV francés) que viajara a 150 km/h. No obstante, sólo una ínfima parte de esa energía se libera con cada colisión de partículas, el equivalente aproximado de la energía de 14 mosquitos en vuelo… De hecho, cada vez que usted intenta aplastar un mosquito entre sus manos, crea una energía de colisión muy superior a la de los protones en el LHC. La particularidad del LHC reside en su impresionante capacidad para concentrar esa energía en el interior de un espacio minúsculo, a una escala subatómica. Pero incluso con esa capacidad, la máquina sólo produce una pálida imitación de lo que la Naturaleza realiza cotidianamente en las colisiones de rayos cósmicos.
Durante su fase de explotación, el LHC tambén hará entrar en colisión haces de núcleos de plomo que, en total, tendrán una energía de colisión mayor: la de un poco más de 1.000 mosquitos volando. Esta energía, no obstante, estará mucho menos concentrada que la que se produce durante las colisiones de protones, y tampoco presentará ningún riesgo.
No será usted ni engullido por un agujero negro microscópico…
En el Universo, el desplome de estrellas macizas crea agujeros negros macizos, objetos que encierran enormes cantidades de energía gravitacional que atrae la materia circundante. La fuerza gravitacional de un agujero negro está relacionada con la cantidad de materia o de energía que contiene: cuanta menos materia hay, menor es su fuerza de atracción. Algunos físicos piensan que durante las colisiones en el interior del LHC podrían producirse agujeros negros microscópicos. No obstante, se crearían con las energías de las partículas que entrarán en colisión (equivalentes a las energías de nuestros mosquitos); en consecuencia, ningún agujero negro microscópico producido en el interior del LHC podría generar una fuerza gravitacional suficiente para absorber la materia circundante.
Si el LHC puede producir agujeros negros microscópicos, los rayos cósmicos, de energía mucho más elevada, ya han producido necesariamente muchos más. Y, dado que la Tierra todavía está aquí, no hay ninguna razón para pensar que las colisiones menos energéticas en el interior del LHC sean peligrosas.
Los agujeros negros pierden materia al emitir energía, mediante un proceso descrito por Srephen Hawking. Los agujeros negros que no pueden atraer materia para subsistir, como los que podrían producirse en el LHC, encogen, se evaporan y desaparecen. Cuanto más pequeño es el agujero negro, más rápidamente se desvanece. Si se formaran agujeros negros en el LHC, sólo existirían durante un fugaz instante. Por cierto, su existencia sería tan corta que la única forma de observarlos sería detectar los productos de su desintegración.
… ni arrastrados por un strangelet
Los strangelets son hipotéticos pedacitos de materia cuya existencia nunca ha sido demostrada. Se supone que se componen de quarks "extraños", parientes más pesados y más inestables de los quarks que constituyen la materia estable. Incluso si existieran los strangelets, serían inestables. Su carga electromagnética rechazaría la materia ordinaria; así, en lugar de combinarse con sustancias estables, sencillamente se desintegrarían. Si se produjeran strangelets en el LHC, no causarían mucho daño… Sin contar con que tales strangelers ya habrían sido creados por los rayos cósmicos de alta energía, y que tampoco en ese campo debemos deplorar ningún daño hasta el día de hoy.
Estudios y evaluaciones
En Europa y en Estados Unidos se han llevado a cabo estudios relativos a la seguridad de las colisiones de alta energía en el interior de aceleradores de partículas, por parte de físicos que no están implicados en los experimentos del LHC. Sus análisis han sido evaluados por expertos, quienes han confirmado que las colisiones de partículas en los aceleradores son seguras. El CERN también ha comisionado a un grupo de físicos de partículas, no implicados tampoco en los experimentos del LHC, para responder a todas las especulaciones sobre las colisiones en el interior del LHC. Es posible ponerse en contacto con ese grupo enviando un mensaje a la siguiente dirección: lsag@cern.ch.
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El gran colisionador de hadrones (LHC) (XIII)
Hechos y cifras
La mayor máquina del mundo…
La circunferencia exacta del LHC es de 26.659 metros, y la máquina contiene un total de 9.300 imanes. No sólo el LHC es el mayor acelerador de partículas del mundo, sino que únicamente una octava parte de su sistema de distribución criogénica constituiría el mayor frigorífico del planeta. Todos los imanes serán pre-enfriados a -193,2ºC (80 K) con ayuda de 10.080 toneladas de nitrógeno líquido antes de ser llenados con cerca de 60 toneladas de helio líquido que los llevará a -271,3ºC (1,9 K).
El circuito más rápido del planeta…
A plena potencia, trillones de protones lanzados a un 99,99% de la velocidad de la luz realizarán la vuelta al acelerador 11.245 veces por segundo. Dos haces de protones viajarán cada uno a una energía máxima de 7 TeV (teraelectronvoltios), permitiendo así colisiones frontales de 14 TeV. Ello dará lugar a unos 600 millones de colisiones por segundo.
El espacio más vacío del sistema solar…
A fin de evitar colisiones con moléculas de gas presentes en el acelerador, los haces de partículas viajan en una cavidad tan vacía como el espacio interplanetario, lo que se denomina ultravacío. La presión interna del LHC es de 10-13 atm., es decir, diez veces inferior a la presión que reina en la Luna.
Los puntos más cálidos de la galaxia en un anillo más frío que el espacio intersideral…
El LHC es la máquina de las temperaturas extremas. Cuando dos haces de protones entran en colisión generan, en un espacio minúsculo, temperaturas más de 100.000 veces superiores a las que reinan en el centro del Sol. Por el contrario, el sistema de distribución criogénica que alimenta el anillo del acelerador con helio superfluido mantiene el LHC a una temperatura de -271,3ºC (1,9 K), más fría que el espacio intersideral.
Los detectores más grandes y con mejores prestaciones jamás construidos…
Para seleccionar y registrar los datos más interesantes entre esos millones de colisiones, los físicos y los ingenieros han construido aparatos gigantescos que miden los rastros de partículas con precisiones del orden de una micra. Los detectores del LHC como por ejemplo ATLAS o CMS van equipados con sistemas electrónicos de activación que miden el tiempo de paso de una partícula con una precisión de algunas milmillonésimas de segundo. El sistema de activación también registra la posición de las partículas con una precisión de una millonésima de metro. La rapidez y la precisión de estos sistemas son esenciales si se quiere tener la seguridad de que una partícula registrada en diferentes capas del detector es exactamente la misma.
El ordenador más potente del mundo…
Los datos registrados por cada uno de los grandes experimentos del LHC podrían llenar aproximadamente 100.000 DVD de doble capa cada año. A fin de permitir a unos 7.000 físicos del todo el mundo participar en el análisis de los datos durante los próximos 15 años (duración estimada de la vida del LHC), se dispondrán decenas de miles de ordenadores dispersados por el planeta dentro del marco de una red informática descentralizada denominada la Red.
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El gran colisionador de hadrones (LHC) (y XIV)
Las fechas clave del LHC
Hacia nuevas fronteras
El acelerador LHC fue concebido en los años 1980 y su construcción fue aprobada por el Consejo del CERN en 1994.
Los trabajos de ingeniería civil para excavar las cavernas de los experimentos se iniciaron en 1998. Cinco años más tarde se extraía el último metro cúbico de tierra.
Se han mejorado numerosas técnicas de última generación para responder a unos retos sin precedentes.
En previsión de la cantidad fenomenal de datos que producirán los experimentos del LHC (aproximadamente un 1% de la producción mundial de información), se ha adoptado un nuevo enfoque en materia de almacenaje, de gestión, de reparto y de análisis de los datos: es el proyecto de Red de cálculo para el LHC.
Durante más de un decenio, todos los que han trabajado sin descanso en la finalización de la construcción del LHC han perseguido un sueño… que se hace realidad.
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