El Centro Europeo de Investigación Nuclear, el CERN, pega hoy el acelerón de su Gran Colisionador de Hadrones (LHC) después de casi cuatro años de pausa y unos meses de activación parcial. Parada en los experimentos que no quiere decir inactividad, puesto que durante este tiempo el mayor acelerador de partículas del mundo ha sido puesto a punto. Ahora vuelve más potente y luminoso. El CERN ha aprovechado la ocasión para anunciar un triple hallazgo.
10 años del descubrimiento del bosón de Higgs. Y todo esto un día después del décimo aniversario del descubrimiento que más marcó el trabajo del LHC, el hallazgo del bosón de Higgs. Encontrar esta partícula elemental fue el primer gran proyecto del acelerador europeo, un descubrimiento que valió a Peter Higgs el Premio Nobel en Física en 2013.
Tras su exitosa primera ronda, el colisionador se enfrentó a su segundo periodo de actividad tras un parón. Periodo este segundo que sirvió para adentrarse más en las estructuras de los protones y entender mejor el decaimiento del bosón de Higgs. A finales de 2018 el colisionador se volvió a parar para una segunda etapa de mantenimiento y mejoras, la cual se extendió más de lo debido debido entre otras cosas a la pandemia causada por el coronavirus.
Parón y puesta a punto. Ahora el LHC regresa a sus funciones, pero con unas capacidades mejoradas. El acelerador alcanzará, según explica el CERN, los 13,6 TeV de energía, con 6,8 TeV por haz de protones (en su anterior configuración cada haz de protones se aceleraba con una energía de 6,5 TeV).
Una muestra de cómo han cambiado las capacidades del LHC desde su apertura es el aumento en los femtobarns inversos. Ésta es una medida que nos da el número de colisiones producidas (y por tanto de la información recogida). Cada femtobarn inverso representa 100 billones de colisiones entre protones. Si el LHC generaba en origen 12 femtobarns inversos ahora produce 280, o 28 trillones de colisiones.
Los instrumentos clave (ATLAS, CMS, LHCb y ALICE) han sido renovados y podrán compilar cantidades de información nunca antes vistas. ALICE en concreto podrá, según explica el CERN, multiplicar por 50 el número de colisiones a analizar.
La nueva fase, run3. La nueva etapa del LHC comienza hoy y podremos ver esta puesta en marcha en directo. El bosón de Higgs seguirá jugando un papel importante en la tercera fase de trabajo del LHC, también llamada run 3. El colisionador estudiará con mayor precision la naturaleza de esta partícula. También esperan obtener información sobre el origen de la asimetría entre materia y antimateria en nuestro Universo.
“Estamos expectantes de las medidas del decaimiento del bosón de Higgs hacia partículas de segunda generación como los muones. Esto será un resultado enteramente nuevo en la saga del bosón de Higgs, confirmando por primera vez que las partículas de segunda generación también obtienen masa a través del mecanismo de Higgs”, explica el físico teórico del CERN Michelangelo Mangano.
Leptones, muones y plasma primigenio. Los muones tienen un papel importante en esta tercera etapa. Representan una de las grandes incógnitas del modelo estándar. Pertenecientes a la familia de partículas fundamentales conocidas como leptones, tienen comportamientos que discrepan notablemente de lo que el modelo predice y de lo que su pertenencia a esta familia leptónica implica.
Las colisiones de iones pesados permitirán también estudiar el plasma de quarks-gluones (QGP), el estado de la materia que dominaba el universo en los 10 microsegundos posteriores al Big Bang. De nuevo las capacidades renovadas del LHC deberían server para lograr unas mediciones más precisas de este estado.
Materia oscura y más allá. La materia oscura será el último gran sujeto de la investigación del acelerador europeo. “Tiene que haber más ahí fuera porque no podemos explicar tantas cosas que nos rodean,” comenta Sarah Demers, profesora en la Universidad de Yale involucrada en los nuevos experimentos del LHC. “Hay algo realmente grande que falta, y es realmente grande, estamos hablando de realmente grande el 96% del universo.”
Si se quieren respuestas hay que formular bien las preguntas. Cuando run 3 se de por concluida, en principio dentro de unos cuatro años, el LHC se volverá a apagar para otra ronda de mantenimiento y mejoras. Las mejoras progresivas no son solo una cuestión de eficiencia presupuestaria, responden a la necesidad de adaptarse a los cambios incesantes en la física.
Cada experimento exitoso da una respuesta pero plantea también plantea las siguientes preguntas, y los instrumentos deben adaptarse para responder a éstas. En este sentido los cuatro años de actividad que el LHC tiene por delante son una eternidad, quién sabe cuáles serán las respuestas de hoy ni las preguntas de mañana.
Imagen | Instrumento ALICE, CERN
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