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DEHADROMOS

octubre 11, 2008

El Gran Colisionador de Hadrones es un acelerador de partículas (o acelerador y colisionador de partículas) ubicado en la actualmente denominada Organización Europea para la Investigación Nuclear (la sigla es la del antiguo nombre en francés de tal institución: Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, CERN), cerca de Ginebra, en la frontera francosuiza.

El LHC se diseñó para colisionar haces de hadrones, más exactamente de protones de 7 Tev de energía, siendo su propósito principal examinar la validez y límites del Modelo Estándar, el cual es actualmente el marco teórico de la física de partículas, del que se conoce su ruptura a niveles de energía altos.
Los protones acelerados a velocidades del 99% de
c y chocando entre sí en direcciones diametralmente opuestas producirían altísimas energías (aunque a escalas subatómicas) que permitirían simular algunos eventos ocurridos durante o inmediatamente después del big bang.

El LHC se convertirá en el acelerador de partículas más grande y energético del mundo.[1] Más de 2000 físicos de 34 países y cientos de universidades y laboratorios han participado en su construcción.

Hoy en día el colisionador se encuentra enfriándose hasta que alcance su temperatura de funcionamiento, que es de 1,9 K (menos de 2 grados sobre el cero absoluto o −271,25 °C). Los primeros haces de partículas fueron inyectados el 1 de agosto de 2008,[2] el primer intento para hacer circular los haces por toda la trayectoria del colisionador se produjo el 10 de septiembre de 2008[3] mientras que las primeras colisiones a alta energía en principio estaban previstas para el 21 de octubre de 2008.[4] Sin embargo, debido a una avería se produjo una fuga de helio líquido y el experimento se ha parado temportalmente. Hasta dentro de dos meses no se comenzarán la reparación y está previsto que para la primavera de 2009 se reactiven las actividades.

Teóricamente se espera que, una vez en funcionamiento, se detecte la partícula conocida como el bosón de Higgs (a veces llamada “la partícula de Dios[5] ). La observación de esta partícula confirmaría las predicciones y “enlaces perdidos” del Modelo estándar de la física, pudiéndose explicar cómo adquieren las otras partículas elementales propiedades como su masa.[6]

Diseño del CMS collaboration.

Diseño del CMS collaboration.

Verificar la existencia del bosón de Higgs sería un paso significativo en la búsqueda de una Teoría de la gran unificación, teoría que pretende unificar tres de las cuatro fuerzas fundamentales conocidas, quedando fuera de ella únicamente la gravedad. Además este bosón podría explicar por qué la gravedad es tan débil comparada con las otras tres fuerzas. Junto al bosón de Higgs también podrían producirse otras nuevas partículas que fueron predichas teóricamente, y para las que se ha planificado su búsqueda,[7] como los strangelets, los micro agujeros negros, el monopolo magnético o las partículas supersimétricas.[8]

El nuevo acelerador usa el túnel de 27 km de circunferencia creado para el Gran Colisionador de Electrones y Positrones (LEP en inglés).

 

 

Experimentos

Parte del túnel del LHC situada debajo del LHC P8, cerca del LHCb.

Parte del túnel del LHC situada debajo del LHC P8, cerca del LHCb.

Los protones se acelerarán hasta tener una energía de 7 TeV cada uno (siendo el total de energía de la colisión de 14 TeV). Se están construyendo 5 experimentos para el LHC. Dos de ellos, ATLAS y CMS, son grandes detectores de partículas de propósito general. Los otros tres, LHCb, ALICE y TOTEM, son más pequeños y especializados. El LHC también puede emplearse para hacer colisionar iones pesados tales como plomo (la colisión tendrá una energía de 1150 TeV). Los físicos confían en que el LHC proporcione respuestas a las siguientes cuestiones:

  • Qué es la masa (se sabe cómo medirla pero no se sabe qué es realmente)
  • El origen de la masa de las partículas (en particular, si existe el bosón de Higgs)
  • El origen de la masa de los bariones
  • Cuántas son las partículas totales del átomo
  • Por qué tienen las partículas elementales diferentes masas (es decir, si interactúan las partículas con un campo de Higgs)
  • El 95% de la masa del universo no está hecho de la materia que se conoce y se espera saber qué es la materia oscura
  • La existencia o no de las partículas supersimétricas
  • Si hay dimensiones extras, tal como predicen varios modelos inspirados por la Teoría de cuerdas, y, en caso afirmativo, por qué no se han podido percibir
  • Si hay más violaciones de simetría entre la materia y la antimateria

El LHC es un proyecto de tamaño inmenso y una enorme tarea de ingeniería. Mientras esté encendido, la energía total almacenada en los imanes es 10 gigaJoules y en el haz 725 megaJoules. La pérdida de sólo un 10-7 en el haz es suficiente para iniciar un ‘quench‘ (un fenómeno cuántico en el que una parte del superconductor puede perder la superconductividad). En este momento, toda la energía del haz puede disiparse en ese punto, lo que es equivalente a una explosión.

El detector CMS del LHC.

El detector CMS del LHC.

Tanques de helio.

Tanques de helio.

Red de computación (Computing Grid)

La red de computación (o Computing Grid en inglés) del LHC es una red de distribución diseñada por el CERN para manejar la enorme cantidad de datos que serán producidos por el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Incorpora tanto enlaces propios de fibra óptica como partes de Internet de alta velocidad.

El flujo de datos provisto desde los detectores se estima aproximadamente en 300 Gb/s, que es filtrado buscando “eventos interesantes”, resultando un flujo de 300 Mb/s. El centro de cómputo del CERN, considerado “Fila 0” de la red, ha dedicado una conexión de 10 Gb/s.

Se espera que el proyecto genere 27 Terabytes de datos por día, más 10 TB de “resumen”. Estos datos son enviados fuera del CERN a once instituciones académicas de Europa, Asia y Norteamérica, que constituyen la “fila 1” de procesamiento. Otras 150 instituciones constituyen la “fila 2”.

Se espera que el LHC produzca entre 10 a 15 Petabytes de datos por año.

Presupuesto

La construcción del LHC fue aprobada en 1995 con un presupuesto de 2600 millones de Francos suizos (alrededor de 1700 millones de euros), junto con otros 210 millones de francos (140 millones €) destinados a los experimentos. Sin embargo, este coste fue superado en la revisión de 2001 en 480 millones de francos (300 millones de €) en el acelerador, y 50 millones de francos (30m €) más en el apartado para experimentos.[9] Otros 180 millones de francos (120m €) más se han tenido que destinar al incremento de costes de las bobinas magnéticas superconductoras. Y todavía persisten problemas técnicos en la construcción del último túnel bajo tierra donde se emplazará el Solenoide compacto de muones (CMS).
El presupuesto de la institución aprobado para 2008, es de 660.515.000 euros de los que España aportará el 8,3%, un total de 53.929.422 euros.

Alarmas sobre posibles catástrofes

Desde que se proyectó el Gran Colisionador Relativista de Iones (RHIC), el estadounidense Walter Wagner y el español Luis Sancho[10] denunciaron ante un tribunal de Hawaii al CERN y al Gobierno de Estados Unidos, afirmando que existe la posibilidad de que su funcionamiento desencadene procesos que, según ellos, serían capaces de provocar la destrucción no sólo de la Tierra sino incluso del Universo entero. Sin embargo su postura es rechazada por la comunidad científica, ya que carece de cualquier respaldo matemático que la apoye.

Los procesos catastróficos que denuncian son:

A este respecto, el CERN ha realizado estudios sobre la posibilidad de que se produzcan acontecimientos desastrosos como microagujeros negros[11] inestables, redes, o disfunciones magnéticas.[12] La conclusión de estos estudios es que “No se encuentran bases fundadas que conduzcan a estas amenazas”.[13] [14]

Resumiendo:

  • El planeta Tierra lleva expuesto a fenómenos naturales similares o peores a los que serán producidos en el LHC.
  • Los rayos cósmicos que alcanzan continuamente la Tierra han producido ya el equivalente a un millón de eventos LHC.
  • El Sol, debido a su tamaño, ha recibido 10.000 veces más.
  • Considerando que todas las estrellas del universo visible reciben un número equivalente, se alcanzan unos 1031 experimentos como el LHC y aún no se ha observado ningún evento como el postulado por Wagner y Sancho.
  • Durante la operación del colisionador de iones pesados relativistas (RHIC) en Brookhaven (EE.UU.) no se ha observado ni un solo strangelet. La producción de strangelets en el LHC es menos probable que el RHIC, y la experiencia en este acelerador ha validado el argumento de que no se pueden producir strangelets.

Curiosidades

  • Para controlar la configuración primaria para las máquinas de la red de ordenadores del LHC se utiliza una distribución científica del sistema operativo Linux llamada Scientific Linux. Esta red se utiliza para recibir y distribuir los 15 petabytes de datos a 100.000 CPU de todo el mundo.[15]
  • Un grupo de hackers griegos consiguieron burlar la seguridad de Windows Server 2003 permitiendo así ingresar a los servidores del CERN, estando “a un paso” de los sistemas que controlan el LHC. El grupo “Greek Security Team” dejo el mensaje “Les bajamos los pantalones porque no queremos verlos corriendo calatos dónde esconderse cuando llegue el pánico” dejando constancia de que el sistema es hackeable.[cita requerida]

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