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 partículas; es
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 espín, carga 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
