Crédito de la foto: Fermilab – Reidar Hahn
Hace dos años, los científicos del Experimento
Muon g-2 trajeron con éxito un frágil electroimán de 17 toneladas, en
una caminata costosa y compleja por
tierra y mar de 5.150 kilómetros (3.200 millas) desde el Laboratorio Nacional
de Brookhaven en Nueva York al Fermilab ubicado en Illinois. Eso fue sólo
el comienzo de su viaje.
Ahora, el imán está a un paso para
servir en su propósito de ser la pieza central de un experimento para
investigar los misterios del universo relacionado con las partículas
subatómicas llamadas muones.
Durante la presente semana, el anillo,
ahora instalado en un nuevo edificio, diseñado especialmente en el Fermilab, se
enfrió con éxito hasta su temperatura de funcionamiento (menos 450 grados
Fahrenheit) y encendido, lo que demuestra que incluso después de una década de
inactividad, sigue siendo un importante y viable instrumento científico.
Conseguir que el electroimán llegara a
este punto significó que un equipo de personas se dedicara por más de un año a
preparar su traslado logrando que los resultados permitieran al equipo respirar
aliviados.
El imán había sido construido en Brookhaven
en el año 1990 para un experimento similar de muones y antes de la mudanza a
Fermilab; pasando más de 10 años de estar
inactivo en un edificio.
"Hubieron
algunas preguntas sobre si podría seguir trabajando", dice Kelly
Hardin, técnico principal del experimento Muon g-2. "No sabíamos qué esperar, por lo que vemos que lo que
realmente hace el trabajo es muy gratificante."
Al mover el anillo desde Nueva York a
Illinois costó aproximadamente 10 veces menos que haberlo construido de nuevo,
considerando que tiene 16 metros de ancho con un, imán de 17 toneladas,
esencialmente en su interior, que no podía ser desmontado, ni torcido más de
unos pocos grados sin causarle daños irreparables.
Los científicos enviaron el anillo en
un viaje fantástico, en una barcaza para llevarlo al sur alrededor de Florida a
Illinois a través de una serie de ríos. Un camión especialmente diseñado lo
condujo suavemente el resto del camino hasta llegar al Fermilab.
El experimento Muon g-2 tiene previsto
utilizar el imán construido para el experimento de Brookhaven, pero con un haz
de partículas mucho más potente. El experimento tiene una trampa de muones
en el campo magnético y los utilizan para detectar partículas teóricas
fantasmas que pueden estar presentes, y que afecta las propiedades de los
muones. Pero para hacer eso, el equipo tuvo que averiguar si la máquina
podría generar el campo magnético necesario.
El imán se mudó a su propio edificio en
el sitio del Fermilab. Durante el año pasado, los trabajadores ejecutaron
una laboriosa tarea de volver a montar la base de acero. Dos piezas docena
de 26 toneladas de acero y una docena de 11 toneladas en piezas que han tenido
que ser maniobradas en su lugar con tremenda precisión.
"Era como la
construcción de un reloj suizo de 750 toneladas", dice Chris
Polly, director del proyecto para el experimento.
Mientras que el montaje se lleva a
cabo, otros miembros del equipo tuvieron que reemplazar completamente el
sistema de control del imán, rediseñándolo desde cero.
Del Allspach, ingeniero del proyecto y
Hogan Nguyen, principales gestores del anillo, supervisó gran parte de este
esfuerzo, así como la construcción de la infraestructura (líneas de helio,
conductos de energía) necesarios para enfriar y potenciar el anillo..
"Ese trabajo
era muy difícil",
dice Nguyen. "Tuvimos que
permanecer dentro de tolerancias muy estrictas para la alineación del
equipo."
Los apretados de esas tolerancias eran
10 micras. Para su comparación, la anchura de un cabello humano que es de
75 micras. Un glóbulo rojo es de aproximadamente 5 micras de diámetro.
Mientras que el montaje de los
componentes alrededor del anillo se efectuaba, el equipo también rastreó y
selló una fuga de helio significativa, uno que se había documentado
anteriormente en Brookhaven. Hardin dice que el equipo se sintió aliviado
al descubrir que la fuga estaba en un área que se pudo acceder y fijar. El
éxito del enfriamiento demostró que la fuga había sido tapada.
"Ahí es donde
el gran alivio viene,"
dice Hardin. "Tuvimos un buen
equipo y hemos trabajado bien juntos."
Para lograr la temperatura con lo que
el anillo debe trabajar, su temperatura de funcionamiento tiene que ser menos de
450 grados Fahrenheit, por lo tanto, requiere refrigeración con un sistema de
refrigeración de helio y nitrógeno líquido durante dos semanas. Polly señaló
que se trataba de un proceso complicado, ya que el imán en su conjunto se
redujo en al menos una pulgada al enfriarse. Esto podría haber dañado las
delicadas bobinas interiores si no se hacía lentamente.
Una vez que se completó el enfriamiento,
el anillo tuvo que ser alimentado con 5300 amperios de corriente para producir
el campo magnético. Fue otro proceso lento, con técnicos que debieron
aliviar el anillo en menos de dos amperios por segundo y parando cada 1000
amperios para comprobar el sistema.
"Esto demuestra que empezamos con un buen imán", dice Allspach."Había sido durante más de una década,
luego se trasladó a través del país, instalado, se enfrió y potencia. Estoy
muy feliz de estar en este punto. Es un gran éxito para todos nosotros".
El siguiente paso del imán fue un largo
proceso de "cuñas" y ajustar
el campo magnético dentro de extraordinariamente pequeñas tolerancias. El Fermilab
está en el proceso de construcción de una línea de luz que proporcionará muones
al imán, y los científicos esperan poder empezar a medir los muones en 2017.
Para Nguyen, que entregó el imán
apagado a los científicos a principios de su carrera, ahora le ayudarán a
llevar a cabo el experimento, situación que es emocionante.
Una de las emociones del proceso, dice,
es ver a estos miembros más jóvenes del equipo aprender y crecer a medida que el experimento se concretó. "No puedo esperar ver a estas personas
más jóvenes como consiguen controlar este imán hermoso", dice.
Fuente:
Symmetry – 23.septiembre.2015
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