martes, 4 de diciembre de 2018

EL “LHC” TERMINA LA SEGUNDA TEMPORADA DE TOMA DE DATOS





Los operadores de hoy guiaron el último rayo de partículas de este año fuera de circulación en el Gran Colisionador de Hadrones, el acelerador de partículas más poderoso del mundo en la Organización Europea para la Investigación Nuclear, o CERN.
Así finaliza la segunda ejecución del LHC y comienza su segunda parada prolongada, la oportunidad de realizar actividades de mantenimiento y consolidación en la máquina y sus detectores, así como completar la instalación y la puesta en marcha de las actualizaciones iniciales de los detectores. El LHC no volverá aumentar protones hasta marzo de 2021.
Pero según la científica Viviana Cavaliere, del Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU., Solo porque no haya una viga no significa que el trabajo se detenga.
"La mayoría de los resultados que planeamos publicar utilizando los datos de Run II aún no están listos", dice ella. "Ahora tenemos dos años para terminar de procesar y analizar los datos que hemos recopilado".
He aquí un vistazo a lo que los científicos han logrado durante esta carrera hasta ahora.

Muchos, muchos y muchos datos.
Los científicos han registrado una cantidad increíble de datos desde el inicio de la Carrera II en marzo de 2015, cinco veces más que el LHC producido en la Carrera I.
El acelerador produjo aproximadamente 16 millones de billones de protones-protones (es decir, un 16 seguido de 15 ceros). 
Para poner eso en perspectiva, se trata de una colisión por cada hormiga que vive actualmente en la Tierra.

Algunos factores permitieron un gran salto en la cantidad y calidad de datos entre Run I a Run II. Durante la segunda ejecución, los expertos exprimieron los dos haces de protones del LHC en flujos de racimos compactos más espaciados justo antes de que ingresaran en los detectores, generando más colisiones durante cada cruce de racimos.
Esto disminuyó el tiempo entre colisiones de cada 50 nanosegundos a cada 25 nanosegundos, dando a los experimentos un flujo de datos más continuo. 
Durante los últimos dos años de operación, el LHC logró un 50% de tiempo de actividad, lo que significa que colisionó activamente protones durante un promedio de 12 horas al día, siete días a la semana, durante seis meses al año. (Durante el último año de la Carrera I, el tiempo de aceleración del acelerador fue del 36 por ciento).
Pero los cambios en el resto del complejo del acelerador del CERN permitieron que el LHC alcanzara su máximo rendimiento.
"Los protones se introducen en el LHC a través de una larga cadena de aceleradores de inyectores, y fue un esquema de producción de haz mejorado en estos inyectores que realmente nos permitió alcanzar una tasa de colisión tan grande", dice Rende Steerenberg, el jefe de operaciones de LHC.
Por ejemplo, los físicos del acelerador descubrieron que, si primero fusionaban dos grupos de protones y luego los dividían varias veces, podrían inyectar un haz más denso en el LHC que a su vez aumentaría la probabilidad de que dos protones colisionaran. Durante el cierre, científicos, ingenieros y técnicos continuarán modernizando todo el complejo del acelerador del CERN para preparar la máquina para que lleve rayos de protones increíblemente intensos para el LHC de alta luminosidad planificado en 2026, lo que aumentará la tasa de colisión del LHC en un factor de cinco.

"El LHC solo ha producido alrededor del 6 por ciento de la cantidad total de datos planeados para su vida útil", dice Steerenberg. “Pero el LHC solo es tan bueno en sus inyectores. Necesitamos modernizar el resto del complejo de aceleradores del CERN para que podamos continuar presionando lo que sea posible ".

Revelando el Higgs con ATLAS y CMS
Durante la primera ejecución del LHC, los científicos en los experimentos ATLAS y CMS descubrieron el Bosón de Higgs (también conocida como La Partícula de Dios)*. Ahora, están usando los datos recopilados de Run II para ponerlos bajo el microscopio.
"Durante la Ejecución I, solo estábamos tratando de entender si este nuevo golpe fue el Bosón de Higgs", dice Joel Butler, científico principal del Laboratorio de Acelerador Nacional Fermi del DOE, quien fue el portavoz de la colaboración de la CMS entre 2016 y 2018. "Durante la ejecución II , pudimos realizar mediciones detalladas de sus propiedades e interacciones. Ahora podemos usar el Higgs como cualquier otra partícula, incluso para buscar nueva física ".

Las mediciones de Higgs más importantes realizadas con los datos de Run II mostraron directamente que Higgs no se comunica solo con los bosones que transportan la fuerza, como los bosones W y Z, sino que también interactúa con las partículas de "materia". 
Los científicos de LHC estudiaron cómo los Higgs interactúan con las partículas de materia fundamental más pesadas: el quark bottom , el quark top y el tau leptón.
"Estas interacciones son predichas por el Modelo Estándar", dice Butler, "y nuestro trabajo como científicos es probar el Modelo Estándar".

El Modelo Estándar es una serie de fórmulas que vinculan todas las partículas fundamentales conocidas juntas. Basado en propiedades como carga, giro, masa y clase, el modelo puede predecir cómo se comportará cada partícula con las demás. 
Antes de que LHC Run II comenzara, la mayor parte del sector de Higgs estaba sin explorar y sin probar. Ahora, los científicos han escrito muchas de estas mediciones e incluso han comenzado a utilizar el Higgs como herramienta para buscar los que no encajan en el Modelo Estándar, como las partículas de materia oscura.

Los científicos en los experimentos de ATLAS y CMS también están reevaluando cómo la nueva física podría surgir de sus datos experimentales. "Principalmente, buscamos un exceso de eventos en un entorno sin problemas", dice Cavaliere, miembro de la colaboración de ATLAS. "Pero no sabemos cómo será la nueva física, y podría ser que sea más compleja que eso".

Una idea que ha ido creciendo en popularidad es que las nuevas partículas podrían ser algo estables y durar lo suficiente como para viajar una corta distancia a través de los detectores antes de descomponerse. 
Y para llegar potencialmente a nuevos descubrimientos, los científicos han comenzado a implementar técnicas computacionales sofisticadas como el aprendizaje automático para buscar señales que los algoritmos tradicionales podrían pasar por alto.

Descubriendo las vidas secretas de los Quarks con LHCb
Desde el inicio de Run II, los científicos de LHCb han descubierto una gran cantidad de nuevos tipos de partículas compuestas. Lo hicieron utilizando principalmente datos de Run I.
"Vamos a tener una avalancha de resultados de Run II en los próximos cinco a seis meses", dice Sheldon Stone, investigador de LHCb y profesor en la Universidad de Syracuse. "Lleva un tiempo terminar este tipo de análisis".

Antes del LHC, los físicos habían encontrado quarks unidos en pares (como el pión) y trillizos (como el protón y el neutrón). Sospechaban que podrían ser posibles combinaciones aún más complicadas.
En 2014, el LHCb anunció pruebas convincentes del primer tetraquark, compuesto por cuatro quarks, y en 2015 anunció el descubrimiento del primer pentaquark , compuesto por cinco.
Esta curiosidad acerca de los quarks ha llevado a LHCb a profundizar en un misterio sobre cómo los quarks ven leptones, que vienen en tres sabores: electrón, muón y tau. 
Uno de los principios del modelo estándar es que los quarks son insensibles al sabor lepton y, por lo tanto, deben tratar a los tres por igual. 
Sólo las diferentes masas desempeñan un papel pequeño y bien entendido en sus interacciones. Pero los resultados de LHCb han demostrado repetidamente que algunas partículas basadas en quarks tienen una preferencia leve e inesperada.

"Varias mediciones de LHCb han indicado que la interacción con el muón se suprime en comparación con la de los electrones", dice Stone.
Otro análisis de LHCb indica que algunas partículas basadas en quarks favorecen la descomposición en leptones tau sobre los muones. Esto hace eco de las mediciones anteriores realizadas por científicos en el experimento BaBar en SLAC y el experimento Belle en Japón, que mostró el mismo desequilibrio inesperado. Los científicos de LHCb están preparando análisis que utilizarán la gran cantidad de datos recopilados durante la Carrera II para investigar.

Explorando el QGP con ALICE
El Experimento ALICE es único entre los cuatro gigantes de LHC porque no es un experimento de física de partículases un experimento dedicado de física nuclear.
Durante aproximadamente tres semanas al año, el LHC colisiona núcleos atómicos pesados. Estas colisiones tienen suficiente energía para cocinar una sopa subatómica caliente y densa llamada plasma de quark-gluón , un estado de la materia que los científicos creen que existió en el universo temprano, justo después del Big Bang.

"El plasma de quark-gluón era el material más caliente del universo en ese momento, más de 100,000 veces más caliente que el centro del Sol", dice Mateusz Ploskon, físico de ALICE en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del DOE. “Llenó todo el universo unos 10 microsegundos después del Big Bang y aún podría existir hoy en el corazón de las estrellas de neutrones. ALICE fue diseñada para descubrir sus propiedades físicas, como la temperatura, densidad, viscosidad y cómo fluye, se transforma y cristaliza en la materia bariónica conocida".

Durante LHC Run II, los científicos de ALICE hicieron un descubrimiento sorprendente; encontraron que algunas colisiones raras protón-plomo y protones-protones produjeron una gran cantidad de partículas e imitaron las firmas de las colisiones plomo-plomo, lo que sugiere que incluso en pequeños sistemas de colisión podrían producirse pequeñas gotas de plasma de quark-gluón.
Esto "nos sorprendió", dice Ploskon. “Todavía tenemos que entender completamente las consecuencias de algunas de las nuevas observaciones. Sin embargo, expanden claramente nuestro conocimiento de la cromodinámica cuántica, la teoría de la fuerza fuerte ".

Los científicos de ALICE también pudieron establecer que los quarks pesados, como los quarks charm, se mueven y fluyen dentro del plasma quark-gluon. Los quarks pesados ​​se producen durante la destrucción inicial de los núcleos atómicos, por lo que experimentan todas las etapas de la evolución del plasma de quarks y gluones e interactúan con todos los constituyentes. Comprender cómo se mueven y fluyen los quarks pesados ​​es dar a los científicos una mejor comprensión de las propiedades del plasma de quark-gluón antes de que se congele en la materia conocida del universo
Fuente: Compilación desde SYMMETRY - 03. Diciembre.2018

 (*) Glosario
Bosón de Higgs o partícula de Higgs es una partícula elemental propuesta en el modelo modelo estándar de física de partículas. Recibe su nombre en honor a Peter Higgs quien, junto con otros, propuso en 1964 el hoy llamado mecanismo de Higgs para explicar el origen de la masa de las partículas elementales. El bosón de Higgs constituye el cuanto del campo de Higgs, (la más pequeña excitación posible de este campo). Según el modelo propuesto, no posee espíncarga eléctrica o color, es muy inestable y se desintegra rápidamente: su vida media es del orden del zeptosegundo. En algunas variantes del modelo estándar puede haber varios bosones de Higgs
El 4 de julio de 2012, el CERN anunció la observación de una nueva partícula «consistente con el bosón de Higgs», pero se necesitaría más tiempo y datos para confirmarlo. El 14 de marzo de 2013 el CERN, con dos veces más datos de los que disponía en su anuncio del descubrimiento en julio de 2012, se encontró que la nueva partícula se asemejaba aún más al bosón de Higgs. (Fuente: Wikipedia)

Traducción libre de Soca



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