El último haz de protones recorrió los 27 km de circunferencia del LHC el pasado 28 de noviembre a las 6 de la madrugada. Los técnicos del CERN ya no volverán a poner en marcha el mayor acelerador de partículas del planeta hasta 2023, pero lo realmente importante es que esta complejísima máquina ha cerrado la primera ronda de pruebas del actual periodo de actividad con matrícula de honor.
Este laboratorio de física de partículas sigue sumando éxitos. No todos son grandes hitos a la altura del descubrimiento del bosón de Higgs, pero cada uno de ellos, por pequeño que sea, permite a los físicos dar un pasito hacia delante en la búsqueda de la tan ansiada nueva física que nos permita ir más allá de los sólidos muros del modelo estándar. Y, afortunadamente, las pruebas llevadas a cabo en el LHC durante 2022 nos invitan a ser optimistas.
El último éxito fraguado en estas instalaciones es muy reciente. El pasado 18 de noviembre los investigadores del LHC lograron colisionar con éxito dos haces de núcleos de plomo con un nivel de energía récord: nada menos que 5,36 TeV. Esta prueba es importante porque están más cerca de recrear las condiciones necesarias para estudiar con precisión un estado de la materia conocido como QGP (Quark-Gluon Plasma). Pero hay más. Mucho más.
El LHC ha superado las expectativas de luminosidad de los físicos del CERN
El LHC de alta luminosidad está en camino. Desde que comenzaron los experimentos en el acelerador, en 2010, hasta finales de 2018, que fue el momento en el que cesó esa etapa de actividad, se produjeron en su interior 150 femtobarns inversos. Esta es, precisamente, la unidad de medida de la luminosidad. Este parámetro es muy importante debido a que refleja cuántas colisiones de partículas se producen por unidad de superficie y tiempo.
Como acabamos de ver, la luminosidad 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. Como podemos intuir, un mayor número de colisiones entre partículas permite a los científicos recabar más información, de manera que una vez que ha sido analizada minuciosamente puede ayudarles a inferir nuevo conocimiento.
El acelerador de alta luminosidad debería ser capaz de producir 250 femtobarns inversos cada año
Las modificaciones que requiere el LHC para incrementar su luminosidad estarán listas a partir de 2026, por lo que el acelerador de alta luminosidad debería ser capaz de producir 250 femtobarns inversos cada año hasta alcanzar los 4.000 durante todo el periodo de actividad. Para incrementar tanto la luminosidad del acelerador es necesario concentrar los haces de partículas justo antes de la colisión.
De esta manera los protones estarán más juntos, lo que incrementa la probabilidad de que dos de ellos colisionen al ser acelerados en sentidos contrarios a lo largo de la trayectoria curva del acelerador. Para hacerlo posible los técnicos del CERN han instalado en los detectores CMS y ATLAS nuevos imanes superconductores fabricados en un compuesto de niobio y estaño que nunca se ha usado en un acelerador de partículas.
En esta gráfica podemos observar que la luminosidad que han medido los técnicos del CERN en el detector CMS a partir del pasado mes de octubre es muy superior a la esperada.
Este compuesto superconductor permitirá incrementar la intensidad del campo magnético hasta los 12 teslas en los nuevos imanes superconductores, y también se usará en los dos imanes dipolos empleados para curvar la trayectoria de los haces. No obstante, esto no es todo. Para transportar la corriente eléctrica que requieren el acelerador y los nuevos imanes es necesario utilizar cables de boruro de magnesio capaces de transportar corrientes eléctricas de hasta 100.000 amperios y de soportar temperaturas altísimas.
La fase de tests que acaba de concluir el LHC después de la introducción en el acelerador de estas y otras mejoras ha permitido a los científicos poner a prueba su luminosidad, y, afortunadamente, va por muy buen camino. De hecho, en la gráfica que publicamos un poco más arriba podemos ver que la luminosidad que han medido en el detector CMS a partir del pasado mes de octubre es perceptiblemente más alta que la esperada.
Los científicos habitualmente son muy prudentes cuando se ven en la obligación de presentar los resultados que están obteniendo, pero no cabe ninguna duda de que esta es una gran noticia. Y, lo que es si cabe más importante, nos predispone a esperar con los brazos abiertos la puesta en marcha del LHC de alta luminosidad debido a que, como hemos visto, será la mejor herramienta de la que dispondrá la humanidad a corto plazo para ir más allá del modelo estándar de la física de partículas.
Imágenes: CERN
Más información: CERN
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