Imagen del CERN vista bajo tierra:
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El Gran Colisionador de Hadrones es el mayor acelerador de partículas del mundo. En este experimento, los físicos del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) hacen chocar entre sí partículas subatómicas (principalmente protones, uno de los constituyentes del núcleo del átomo) en puntos seleccionados donde se ubican grandes detectores (ATLAS, CMS, LHCb y ALICE). Estos registran las partículas resultantes de las colisiones para estudiar los elementos que componen la materia de la que está hecha el Universo, incluidos nosotros mismos, y sus interacciones.
Tras su inauguración en 2008, el LHC comenzó su actual periodo de funcionamiento a finales de 2009. A finales de marzo de 2010 alcanzó los 7 teraelectronvoltios (TeV) de energía de colisión entre partículas, la mayor registrada en un experimento de este tipo. En 2013-2014, el LHC se encuentra sometido a tareas de mantenimiento y actualización durante su primera parada técnica larga. A partir de 2015 volverán a producirse colisiones en su interior, alcanzando gradualmente la energía para la que está diseñado, 14 TeV.
En el marco de la física, su objetivo fundamental, es la búsqueda del origen y los constituyentes últimos de los átomos, sus componentes básicos, es decir, las llamadas partículas elementales. Y así, prestando gran atención a los productos resultantes de estas colisiones los físicos aprenden sobre las leyes de la Naturaleza. Sin embargo, gracias a los aceleradores de partículas, y a la necesidad de desarrollar tecnologías paralelas para su construcción y funcionamiento, se han conseguido otros logros que han contribuido al desarrollo de la ciencia y al bienestar de la humanidad de forma considerable. Algunos ejemplos los encontramos en la informática, la criptografía moderna, el posicionamiento geográfico por satélite o en la digitalización de imágenes médicas y la radioterapia, entre muchas otras. Os presentamos un viaje al interior del LHC en el que descubrir algunos de sus secretos y logros.
Los imanes del LHC generan campos magnéticos 100.000 veces más potentes que la fuerza gravitacional de la Tierra. No solo se trata del mayor acelerador de partículas, si no también del "frigorífico" más grande del mundo. En el interior del LHC las temperaturas alcanzadas son astronómicas, y para su correcto funcionamiento, los imanes que lo conforman deben permanecer, en ocasiones, a temperaturas de -271,3 ºC, para lo que se emplean toneladas de nitrógeno líquido y helio.
El del LHC es también el circuito en el que se alcanzan las velocidades más altas del mundo. En él, los científicos han logrado acelerar partículas hasta el 99.9999991% de la velocidad de la luz, el límite de velocidad en el universo.El LHC es a su vez, el lugar más vacío del sistema solar. Esto es indispensable para evitar que las partículas al ser aceleradas para su estudio, choquen con otras moléculas de gas. El vacío en su interior es similar al que encontramos en el espacio interplanetario.
Imagen del CERN vista bajo tierra:
Situado en la frontera franco-suiza cerca de Ginebra, el LHC es un anillo de 27 kilómetros de circunferencia ubicado a 100 metros bajo tierra. Es una de las máquinas más complejas construida nunca: sus 9.300 imanes superconductores, fundamentales para hacer girar los haces de partículas a velocidades cercanas a las de la luz, deben refrigerarse a una temperatura inferior a la del espacio exterior (-270 grados centígrados, cerca del cero absoluto); el interior del anillo es el lugar más vacío del Sistema Solar (10-13 atmósferas) para evitar que las partículas colisionen con moléculas de gas; y cuando las partículas colisionan entre sí se generan temperaturas 100.000 veces más calientes que el interior del Sol.
Hemos hablado antes de las temperaturas de -271,3 ºC alcanzadas por el sistema de refrigeración del LHC; esta temperatura es incluso inferior a la del espacio exterior. Sin embargo, cuando colisionan, por ejemplo, dos haces de iones de plomo, concentradas en un minúsculo espacio, también se generan temperaturas unas 100.000 veces más calientes que el corazón del sol . Esto nos da una idea del increíble desarrollo necesario para el funcionamiento de un acelerador de partículas.
El LHC se mantendrá operativo al menos 15 años. En ese tiempo, los científicos esperan obtener datos suficientes para profundizar en el conocimiento del origen y formación del Universo. Un gran paso en este sentido ha sido el descubrimiento del bosón de Higgs, la partícula asociada a un nuevo campo de fuerza en la Naturaleza (denominado "campo de Higgs") que explicaría el origen de la masa de las partículas elementales...
El 4 de julio de 2012, los experimentos de ATLAS y CMS en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN anunciaron que cada uno había observado de manera independiente una nueva partícula con una masa de alrededor de 126 GeV. Esta partícula era susceptible de ser el bosón de Higgs predicho por el Modelo Estándar. Por "el descubrimiento teórico de un mecanismo que contribuye a nuestro entendimiento del origen de las partículas subatómica con masa", uno de los hallazgos más importantes de los últimos tiempos, sus descubridores recibieron el Premio Nobel de Física en 2013. No obstante pese a tratarse de un hallazgo tremendamente importante, todavía permanece la cuestión de si se trata del bosón de Higgs o alguna de las demás partículas predichas por modelos que van mucho más allá del modelo estandart.
Si quieres indagar más acerca del tema de la historia del universo, te dejo por aquí un breve vídeo acerca del descubrimiento del bosón de Higgs
Los años venideros serán emocionantes ya que ATLAS lleva la física experimental a territorios inexplorados, tal vez con nuevos procesos y partículas que podrían cambiar nuestra comprensión de la energía y la materia. Los físicos de ATLAS evalúan las predicciones del Modelo Estándar, que resume nuestra comprensión actual de cuáles son los componentes básicos de la materia y cómo interactúan.
Busca nuevos descubrimientos en las colisiones de protones con altos niveles de energía relacionados con las fuerzas básicas que han modelado el universo desde su inicio que predestinarán su futuro. Pretende responder a cuestiones como el origen de la masa, la existencia de dimensiones extra del espacio, la unificación de las fuerzas fundamentales, etc.
El Proyecto CMS -Compact Muon Solenoid- consiste en uno de los detectores del Gran Colisionador de Hadrones. Tiene asociado un amplio programa de física que abarca desde el estudio del Modelo Estándar -incluido el bosón de Higgs- hasta la búsqueda da materia oscura. Aunque tiene los mismos objetivos científicos que el experimento ATLAS, utiliza diferentes soluciones técnicas y un diseño de sistema de imanes diferente. El detector CMS está construido alrededor de un gran imán de solenoide, que genera un campo de 4 teslas, unas 100.000 veces el campo magnético de la Tierra.
El detector, de 14400 toneladas, pretende detectar principalmente la existencia de muones tras las colisiones entre protones. Los muones son partículas cargadas, cono electrones y positrones, pero unas 200 veces más pesados.
El experimento Large Hadron Collider beauty -LHCb- se especializa en investigar las leves diferencias entre materia y antimateria estudiando un tipo de partícula llamada "quark de belleza" o "b quark". Su objetivo es arrojar luz sobre por qué vivimos en un universo que parece estar compuesto casi por completo de materia, pero no antimateria.
Está centrado en la detección de partículas que contienen "b" y "anti-b" quarks, conocidos colectivamente como "mesones B". El detector, de 4500 toneladas, está específicamente diseñado para filtrar estas partículas.
Es el experimento encuadrado en física de Altas Energías con el que colaboran tanto CIEMAT como CETA-CIEMAT, en el aspecto de soporte de equipos informáticos de alta computación y almacenamiento.ALICE es un conjunto de detectores situados en el túnel del LHC cuya principal misión es el estudio de la física de iones pesados en densidades de energía extrema, donde se espera la formación de una nueva fase de la materia: el plasma gluón-quark, cuya existencia es fundamental para el entendimiento del confinamiento magnético y la simetría quiral. Para este propósito se lleva a cabo un estudio comprensivo de hadrones, electrones, muones y protones producidos por el choque de núcleos pesados. Alice también estudia las colisiones protón-protón en comparación con las energías producidas por los choques Pb-Pb (plomo-plomo).
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