¿Cómo funciona el Gran Colisionador de Hadrones?

LHC

La mayoría de la gente sabe que el Gran Colisionador de Hadrones es un destructor de átomos, uno grande. Se extiende por la frontera franco-suiza y fue tan costoso de construir que más de una docena de organismos gubernamentales y no gubernamentales tuvieron que contribuir para hacerlo. Todo está administrado por miles de científicos de cientos de países, coordinados por la agencia europea de investigación nuclear, CERN. Los detectores principales son enormes y requieren pasarelas y recolectores de cerezas mecánicos solo para repararlos. Para ser claros, es un bucle muy grande, pero podemos ser más detallados que eso.

En realidad, el LHC es en realidad varios bucles muy grandes, todos dispuestos en una cadena de cada vez más poder. Resulta que acelerar una partícula como un protón requiere diferentes tipos de hardware en el camino: los imanes que pueden aumentar una partícula desde el 99% de la velocidad de la luz hasta el 99,9999% de la velocidad de la luz no son en realidad los mismos imanes que pueden aumentar esa velocidad. misma partícula del 1% de la velocidad de la luz al 15%. Como tal, el propio LHC es alimentado por una elaborada colección de aceleradores de partículas, que trabajan en secuencia para lograr una energía final de partículas de 7 tera-electronvoltios (TeV) o más.



Este mapa, como la mayoría del LHC, muestra solo el bucle principal del LHC y el Sincrotrón Super Proton.

Este mapa, como la mayoría del LHC, muestra solo el bucle principal del LHC y el Sincrotrón Super Proton.



El primero es el Acelerador de Partículas Lineales (LINAC 2), que produce unos miserables 50 megaelectronvoltios (MeV) y pasa los protones experimentales al primero de los aceleradores en bucle de la cadena, el Proton Synchrotron Booster (Pb). El bucle de Pb acelera rápidamente las partículas hasta aproximadamente 2 gigaelectronvoltios (GeV) y las transmite al Sincrotrón de protones completo, que continúa el proceso hasta aproximadamente 28 GeV. Desde aquí, el sincrotrón de protones pasa al ... Super   Sincrotrón de protones, que puede alcanzar energías de 400 GeV o más. De hecho, los físicos han propuesto actualizar el SPS a la súper -SPS (sí, son dos superpuestos seguidos) para que los protones puedan alcanzar un TeV completo antes de pasar al bucle principal del propio LHC.

LINAC es el más débil de los aceleradores, e incluso

LINAC es el más débil de los aceleradores, e incluso es una bestia absoluta.



Estas partículas viajan a una velocidad muy cercana a la de la luz antes de que entren en el propio LHC, pero acelerar los protones en esa última fracción de un porcentaje resulta ser crucial para los experimentos físicos modernos. Lanzar protones en quarks es una cosa, pero el LHC busca crear impactos tan violentos que en realidad deforma la estructura del espacio alrededor del punto de impacto, lo que otorga una ventana infinitesimalmente breve al mundo verdaderamente cuántico. Eso no es fácil ni barato.

Tenga en cuenta que el anillo del LHC no es un experimento en sí mismo, sino una herramienta que se utiliza para proporcionar experimentos con un determinado recurso: partículas supercargadas. La forma exacta en que deben usarse esas partículas supercargadas está determinada por el actual experimentos, que se instalan en varios puntos alrededor del anillo, con diferentes propósitos. Hay siete experimentos en total, pero cuatro reciben la mayor atención: ATLAS, ALICE, CMS y LHCb.

ATLAS es probablemente el más famoso de los experimentos del LHC; aquí es donde el CERN recopiló la mayoría de los datos que finalmente confirmaron la existencia del bosón de Higgs. Significa A Toroidal LHC ApparatuS (un poco estirado para la última S…) y se abre con un diámetro de más de 80 pies. ATLAS fue diseñado como un detector de uso general para hasta 40 millones de eventos de cruce de haces por segundo y recopila la mayor cantidad de datos posible sobre estos eventos.



ATLAS vs CMS

ATLAS vs CMS

El CMS, o Compact Muon Solenoid, es un intento de lograr lo mismo que ATLAS, pero por diferentes medios. También un detector de 'propósito general', CMS es más pequeño pero más concentrado magnéticamente, generando un campo de cuatro Teslas a los dos de ATLAS. Está diseñado para observar aproximadamente los mismos fenómenos que ATLAS, pero hace compromisos ligeramente diferentes en el camino. CMS también contribuyó a encontrar el bosón de Higgs, pero no tiene tanto juego en los medios.

ALICE, por otro lado, es más especializada. Llamado un experimento de gran colisionador de iones, sus investigaciones no priorizan tanto la velocidad de las partículas como el impulso, y se especializan en medir los efectos de 'núcleos pesados', como el plomo que se rompe entre 2 y 3 TeV. Esto crea un nivel de energía destructiva que puede empujar a los átomos a formar un plasma de quark-gluón, donde pueden moverse y actuar libremente y, con suerte, ser observados en esos estados. Esto significa que ALICE está diseñado para observar un concepto llamado Cromo-Dinámica Cuántica (QCD), y ha mejorado la comprensión científica de este campo desde que comenzó a operar en 2010.

ATLAS es definitivamente el más visualmente imponente de los experimentos del LHC.

ATLAS es definitivamente el más visualmente imponente de los experimentos del LHC.

Luego está la belleza del Gran Colisionador de Hadrones (LHCb), que recientemente apareció en las noticias por haber confirmado una partícula propia: el pentaquark . LHCb está diseñado para estudiar el comportamiento exótico de la materia y, en particular, la naturaleza de la asimetría materia-antimateria en el universo: la cuestión de por qué hay alguna materia superviviente. La teoría dice que al comienzo del universo, el Big Bang debería haber creado una cantidad igual de materia y antimateria. Estos dos materiales se aniquilan al interactuar, entonces, ¿cómo podría el universo llegar a este punto, en el que hay tanta materia y poca o ninguna antimateria? LHCb está diseñado para averiguarlo.

Los pensamientos sobre el próximo gran paso para la ciencia de partículas probablemente permanecerán en el LHC durante algún tiempo; en lugar de lanzar un proyecto de construcción completamente nuevo, los científicos están más preocupados por aumentar la cadena de aceleración en el LHC. El acelerador se volvió a abrir recientemente después de una larga serie de actualizaciones. No se sabe cuántas veces será posible impulsar la física de esta manera, antes de que el próximo gran proyecto de construcción científica deba comenzar de nuevo, desde cero.

Ahora lee: ¿Qué es el bosón de Higgs y por qué es tan importante?

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