El CERN está listo para su próximo gran hito. Sin él el LHC de alta luminosidad no llegará a buen puerto

El Modelo Estándar es la mejor descripción que tenemos del mundo de la física de partículas. Es tan robusto y perfecto que, a pesar de llevar muchos años buscando fisuras en él, los físicos aún no las han encontrado. Han dado con algunos indicios prometedores, pero esta teoría es tan sólida que permanece en pie. Intacta. Los investigadores son conscientes desde hace mucho tiempo de que para elaborar nueva física y ampliar nuestros conocimientos en el ámbito de la física de partículas es imprescindible derribar los muros del Modelo Estándar.

El problema es que llevarlo a cabo es muy difícil. Tanto, de hecho, que el propio CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear) lo describe de una forma muy elocuente: es necesario hacer posible lo imposible. Afortunadamente los físicos de esta institución tienen un plan. Uno muy ambicioso y extraordinariamente prometedor que puede depararnos muchas sorpresas durante la próxima década. Y el HL LHC (High Luminosity Large Hadron Collider o LHC de alta luminosidad) es su protagonista indiscutible.

Si el itinerario que ha planificado el CERN sigue su curso tal y como lo ha hecho hasta ahora el HL LHC estará listo a finales de esta década. En 2030. Y será capaz de producir nada menos que 40 millones de colisiones por segundo. La cantidad de información que generará será tan enorme que, tal y como nos explicó el físico español Santiago Folgueras en la conversación que mantuvimos con él en diciembre del año pasado, será necesario poner a punto un sistema que sea capaz de analizar los datos en tiempo real y tomar una decisión respecto a la colisión que se acaba de producir.

El CERN necesita un banco de pruebas específico para el HL LHC

El propósito del HL LHC es, en definitiva, incrementar drásticamente el número de colisiones si las comparamos con las que se han producido en las anteriores iteraciones del LHC. La luminosidad mide, de hecho, cuántas potenciales colisiones de partículas se producen por unidad de superficie y tiempo. Se mide en femtobarns inversos, de manera que cada uno de ellos equivale a 100 billones de colisiones entre protones. Eso sí, se trata de billones en escala larga, por lo que un femtobarn inverso son 100 millones de millones de colisiones.

Desde que comenzaron los experimentos en el acelerador, en 2010, hasta finales de 2018, que fue el momento en el que cesó su actividad, se produjeron en su interior 150 femtobarns inversos. De acuerdo con la planificación actual de los técnicos del CERN las modificaciones que requiere el LHC para incrementar su luminosidad deberían ser capaces de producir 250 femtobarns inversos cada año hasta alcanzar los 4.000 durante todo el periodo de actividad.

En cualquier caso lo más interesante es recordar que las mejoras que los técnicos del CERN están introduciendo en el LHC responden a la necesidad de encontrar fisuras en el Modelo Estándar con el propósito de ampliar nuestra comprensión del mundo de las partículas. Algunas de las preguntas que los físicos del CERN tienen la esperanza de poder responder con la ayuda del HL LHC son qué es y qué propiedades tiene la materia oscura, por qué los neutrinos tienen masa y por qué no hay antimateria en el universo. No cabe duda de que son preguntas apasionantes.

Los físicos y los ingenieros del CERN llevan ya varios años trabajando en el HL LHC. De lo contrario no podrían tenerlo completamente listo para iniciar los experimentos a finales de esta década. De hecho, algunos de ellos actualmente están trabajando en un proyecto esencial: un banco de pruebas para el HL LHC. Como podemos intuir, es fundamental poner a prueba todos los subsistemas del nuevo acelerador de partículas por separado, especialmente los más complejos, y después de forma conjunta antes de ponerlo en marcha e iniciar los experimentos. Y una parte de este banco de pruebas ya está lista.

"Este proyecto probará los circuitos de imanes superconductores en unas condiciones lo más cercanas posible a las que experimentarán en el túnel del HL LHC. El objetivo principal es permitir que los equipos optimicen la instalación de estos componentes, planifiquen las posibles reparaciones o intervenciones en el túnel y estudien el comportamiento colectivo de los principales componentes", explica Marta Bajko, máxima responsable de este proyecto.

El sistema de alimentación en frío asociado a los imanes superconductores de los que nos habla Marta Bajko acaba de ser instalado con éxito en el banco de pruebas del HL LHC. Es un paso hacia delante importantísimo. Y lo es debido a que este sistema es el responsable de transferir la corriente desde los convertidores de potencia a los imanes. Está integrado por un enlace superconductor de nada menos que 75 m de longitud fabricado en diboruro de magnesio, que es un compuesto realmente exótico y poco habitual. En cualquier caso, lo más impactante es que es capaz de transportar una corriente de 120 kA sin que se produzca apenas pérdida de energía. No cabe duda de que estamos ante un hito, y pronto seremos testigos de muchos más. Gracias, CERN.

Imagen | CERN

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