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Gran colisionador de hadrones

Coordenadas: 46°14′N 06°03′E / 46.233, 6.050

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC; en inglés, Large Hadron Collider) es el acelerador de partículas más grande y de mayor energía que existe y la máquina más grande construida por el ser humano en el mundo.[1][2]​ Fue construido por la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) entre 1998 y 2008 en colaboración con más de 10 000 científicos y cientos de universidades y laboratorios, así como más de 100 países de todo el Mundo.[3]​ Se encuentra en un túnel de 27 kilómetros de circunferencia y a una profundidad de 175 metros bajo tierra debajo de la frontera entre Francia y Suiza, cerca de Ginebra.

Experimentos y preaceleradores del LHC.

Las primeras colisiones se lograron en 2010 a una energía de 3,5 teraelectronvoltios (TeV) por haz, aproximadamente cuatro veces el récord mundial anterior.[4][5]​ Después de las correspondientes actualizaciones, alcanzó 6,5 TeV por haz (13 TeV de energía de colisión total, el récord mundial actual).[6][7][8][9]​ A finales de 2018, entró en un período de parada de dos años para nuevas actualizaciones, con el cual se espera posteriormente alcanzar energías de colisión aún mayores.

El colisionador tiene cuatro puntos de cruce, alrededor de los cuales se colocan siete detectores, cada uno diseñado para ciertos tipos de experimentos en investigación. El LHC hace colisionar protones, pero también puede utilizar haces de iones pesados (por ejemplo de plomo) realizándose colisiones de protones de plomo normalmente durante un mes al año. El objetivo de los detectores del LHC es permitir a los físicos probar las predicciones de las diferentes teorías de la física de partículas, incluida la medición de las propiedades del bosón de Higgs[10]​ y la búsqueda de una larga serie de nuevas partículas predicha por las teorías de la supersimetría,[11]​ así como también otros problemas no resueltos en la larga lista de elementos en la física de partículas.

Idea de base

El término "hadrón" se refiere a aquellas partícula subatómicas compuestas de quarks unidos por la fuerza nuclear fuerte (así como los átomos y las moléculas se mantienen unidos por la fuerza electromagnética).[12]​ Los hadrones más conocidos son los bariones, como pueden ser los protones y los neutrones. Los hadrones también incluyen mesones como el pión o el kaón, que fueron descubiertos durante los experimentos de rayos cósmicos a fines de la década de 1940 y principios de la de 1950.[13]

Un "colisionador" es un tipo de acelerador de partículas con dos haces enfrentados de partículas que chocan entre sí. En la física de partículas, los colisionadores se utilizan como herramientas de investigación: aceleran las partículas a energías cinéticas muy altas que les permiten impactar con otras partículas.[1]​ El análisis de los subproductos de estas colisiones brinda a los científicos una buena evidencia de la estructura del mundo subatómico y de las leyes de la naturaleza que lo gobiernan. Muchos de estos subproductos se producen sólo mediante colisiones de alta energía y se descomponen después de períodos de tiempo muy breves. Por lo tanto, muchos de ellos son difíciles o casi imposibles de detectar de otra manera.[14]

Propósito

Muchos físicos esperan que el Gran Colisionador de Hadrones ayude a responder algunas de las preguntas fundamentales de la física que se refieren a las leyes básicas que rigen las interacciones y fuerzas entre las partículas elementales, la estructura profunda del espacio y el tiempo y, en particular, la interrelación entre la mecánica cuántica y la relatividad general.[15]

También se necesitan datos de experimentos de partículas de alta energía para sugerir qué versiones de los modelos científicos actuales tienen más probabilidades de ser correctas, en particular para elegir entre el modelo estándar y el modelo de Higgsless, validando sus predicciones y permitir un mayor desarrollo teórico.

Los temas investigados por las colisiones del LHC incluyen, entre otras preguntas fundamentales:[16][17]

  • ¿Se está generando la masa de partículas elementales por el mecanismo de Higgs a través de la ruptura espontánea de simetría?[18]​ Se esperaba que los experimentos del colisionador demostrarían o descartarían la existencia del escurridizo bosón de Higgs, lo que permitiría a los físicos considerar cuál de los modelos (el Modelo estándar o sus alternativas de Higgsless) es el más correcto.[19][20]
  • ¿Cuál es la naturaleza de la materia oscura que parece representar al menos el 27% de la masa total del universo?

Otras preguntas abiertas sobre las que podemos interrogarnos utilizando colisiones de partículas de alta energía son las siguientes:

  • ¿Existen otros tipos de mezcla de sabores quark más allá de los que ya están presentes en el Modelo estándar?
  • ¿Por qué hay violaciones aparentes de la simetría entre la materia y la antimateria? Véase también: problema de la Violación CP.
  • ¿Cuál es la naturaleza y las propiedades del plasma de gluones y quarks que se cree que existió en el universo primitivo y en ciertos objetos astronómicos compactos y extraños en la actualidad? Esto será investigado por colisiones de iones pesados, principalmente en los módulos ALICE, pero también en CMS, ATLAS y LHCb del CERN. Observados por primera vez en 2010, los hallazgos publicados en 2012 confirmaron el fenómeno conocido como enfriamiento por chorro de los iones pesados.[26][27][28]

Diseño

El colisionador está situado en un túnel circular, con una circunferencia de 26,7 kilómetros, a una profundidad que varía de 50 a 175 metros bajo tierra.

 
Mapa del Gran Colisionador de Hadrones del CERN

El túnel forrado de hormigón de 3,8 metros de ancho, construido entre 1983 y 1988, ya se utilizó anteriormente para albergar el gran colisionador de electrones y positrones.[29]​ El túnel cruza la frontera entre Suiza y Francia en cuatro puntos, en su mayor parte en Francia. Los edificios de la superficie tienen diferentes equipos auxiliares como compresores, equipos de ventilación, electrónica de control y plantas de refrigeración, aparte de los módulos construidos para albergar alojamientos, cocina, salones, salas de descanso, computación, etc.

 
Los superimanes cuadropolos superconductores se utilizan para dirigir los haces a cuatro puntos de intersección, donde tienen lugar las colisiones e interacciones entre los protones acelerados

El túnel colisionador contiene dos líneas de haces paralelos adyacentes (o tubos de haces), cada uno de las cuales contiene un haz, que viaja en direcciones opuestas alrededor del anillo. Los haces se cruzan en cuatro puntos alrededor del anillo, que es donde tienen lugar las colisiones de partículas. Unos 1.232 imanes dipolos mantienen los haces en su trayectoria circular (ver imagen)[30]​), mientras que se utilizan 392 imanes cuadripolo adicionales para mantener los haces enfocados, con otros imanes cuadripolo más potentes cerca de los puntos de intersección, para maximizar las posibilidades de interacción donde se cruzan las dos líneas.

Imanes multipolares superiores se utilizan para corregir las imperfecciones más pequeñas en la geometría del campo. En total, se han instalado unos 10 000 imanes superconductores, con imanes dipolos, con un peso total de más de 27 toneladas cada uno.[31]

Se necesitan aproximadamente 96 toneladas de Helio-4 superfluido para mantener los imanes, hechos de niobio-titanio revestido de cobre, a una temperatura de funcionamiento de tan sólo 1,9 K (−271.25° C), lo que hace que el LHC sea la instalación criogénica más grande del mundo. Para ello, el LHC utiliza en total 470 toneladas del superconductor Nb-Ti.[32]

Durante las operaciones del LHC, el CERN consume aproximadamente 200 MWs de energía eléctrica de la red eléctrica francesa, que, en comparación, es aproximadamente un tercio del consumo total de toda la energía de la ciudad de Ginebra. El acelerador LHC y los detectores consumen aproximadamente 120 MW de los mismos.[33]

Cuando funciona en el registro de energía actual de 6,5 TeV por protón lanzado al haz,[34]​ una o dos veces al día, a medida que los protones se aceleran de 450 GeV a 6,5 TeV , el campo de los imanes dipolares superconductores aumenta de 0,54 a 7,7 teslas (T). Cada protón tiene una energía de 6,5 TeV, lo que proporciona en el choque una energía de colisión total de 13 TeV. En esta energía los protones tienen un factor de Lorentz de alrededor de 6 930 y se mueven a aproximadamente 0,999999990 c, o sea: alrededor de 3,1 m/s (11 km/h) más lenta que el límite máximo de la velocidad de la luz en el vacío (c). En total, tarda menos de 90 microsegundos (μs) para que un protón viaje 26,7 km alrededor del anillo principal. Esto da como resultado 11.245 revoluciones por segundo para los protones dentro del túnel circular, ya sea que las partículas tengan una energía baja o alta en el anillo principal o que la diferencia de velocidad entre estas energías esté más allá del quinto decimal.[35]

En lugar de tener haces continuos, los protones se agrupan, formando hasta 2.808 racimos, con 115 mil millones de protones en cada grupo, de modo que las interacciones entre los dos haces tienen lugar a intervalos discretos, principalmente a una distancia luz de 25 nanosegundos (ns), proporcionando una tasa de colisión de 40 MHz. Fue puesto en funcionamiento con menos racimos de protones durante los primeros años. La luminosidad de diseño del LHC es de 1034 cm−2 s−1, [36]​, la cual fue alcanzada por primera vez en junio de 2016.[37]​ En 2017 se logró el doble de este valor.[38]

 
Los protones necesarios para el LHC se originan desde un pequeño tanque rojo de hidrógeno.

Antes de ser inyectadas en el acelerador principal, las partículas son preparadas por una serie de sistemas que aumentan sucesivamente su energía. El primer sistema es el acelerador lineal de partículas LINAC 2 que genera protones de 50 MeV, que alimenta el Proton Synchrotron Booster (PSB).

 
Líneas de inyección y transferencia del Proton Synchrotron Booster

Allí los protones se aceleran a 1,4 GeV y se inyectan en el Sincrotrón de Protones (PS), donde se aceleran a 26 GeV. Finalmente, el Supersincrotrón de Protones (SPS) se usa para aumentar su energía aún más hasta 450 GeV antes de que finalmente se inyecten (durante un período de varios minutos) en el anillo principal. Aquí los racimos de protones se acumulan y aceleran (durante un período de 20 minutos) a su pico máximo de energía y, finalmente, circulan durante 5 a 24 horas seguidas mientras se producen colisiones en los cuatro puntos de intersección.[39]

El programa fundamental del LHC se basa principalmente en colisiones protón-protón. Sin embargo, se incluyen en el programa períodos de funcionamiento más cortos, generalmente un mes por año, con colisiones de iones pesados. Si bien los iones más ligeros también son considerados, el esquema de línea de base se ocupa fundamentalmente de los iones de plomo [40]​ Los iones de plomo son acelerados primero por el acelerador lineal LINAC 3 , y el anillo de iones de baja energía (LEIR) se usa como una unidad de almacenamiento y enfriador de iones. Luego, los PS y SPS aceleran aún más los iones antes de inyectarlos en el anillo LHC, donde alcanzan una energía de 2,3 TeV por nucleón (o 522 TeV por ion),[41]​ superior a las energías alcanzadas por el colisionador de iones pesados relativista. El objetivo del programa de iones pesados es investigar el Plasma de quarks-gluones que existía en el universo temprano.[42]

Detectores

 
Vista detallada del detector ALICE del LHC

Se han construido siete detectores en el LHC ubicados bajo tierra en grandes cavernas excavadas en los puntos de intersección del LHC. Dos de ellos, el experimento ATLAS y el solenoide de muon compacto (CMS), son grandes detectores de partículas de uso general. Los experimentos de ALICE y LHCb tienen roles más específicos y los últimos tres, TOTEM, MoEDAL y LHCf, son mucho más pequeños y son para investigaciones muy especializadas. Los experimentos con ATLAS y el CMS descubrieron el bosón de Higgs, que es una fuerte evidencia de que el Modelo Estándar tiene el mecanismo correcto para dar masa a las partículas elementales.[43]​ En resumen, los siete detectores son: ATLAS, CMS, TOTEM, LHCb, LHCf, MoEDAL y FASER.

 
Detector CMS del LHC

El resumen de los detectores principales es el que sigue:[44]

Detector Descripción
ATLAS Es uno de los dos detectores de uso general. ATLAS estudia el bosón de Higgs y busca signos de nueva física de partículas, incluidos los orígenes de la masa y las posibles dimensiones adicionales.
CMS Es el otro detector de uso general, como ATLAS: estudia el bosón de Higgs y busca pistas para nuevos descubrimientos físicos y nuevas partículas.
ALICE ALICE está estudiando una forma de materia muy "fluida" llamada plasma quark-gluón que se cree existió poco después del Big Bang.
LHCb Se crearon cantidades iguales de materia y antimateria durante el breve instante del Big Bang. El LHCb investiga lo que le sucedió a la antimateria "desaparecida".

Instalaciones de computación y análisis

Los datos informáticos producidos por el LHC, así como la simulación relacionada con LHC, se estiman aproximadamente en 15 petabytes al año (el rendimiento máximo durante la ejecución no se ha especificado),[45]​ lo cual es un enorme desafío de computación en todo momento.

El LHC Computing Grid [46]​ fue construido como parte del diseño del LHC para manejar la gran cantidad de datos esperados en las colisiones. Es un proyecto de colaboración internacional que consiste en una infraestructura basada en una red informática que conecta inicialmente 140 centros de computación en 35 países (superado por más de 170 centros en 36 países a partir de 2012). Fue diseñado específicamente por el CERN para manejar el volumen masivo de datos informáticos producidos por los experimentos del LHC.[47][48][48]​ incorporando conexiones privadas con cable de fibra óptica e infraestructuras existentes de Internet de alta velocidad para permitir la transferencia de datos del CERN a instituciones académicas de todo el mundo.[49]​ El Open Science Grid se utiliza como la infraestructura primaria en los Estados Unidos, y también como parte de una federación interoperable con el LHC Computing Grid.

El proyecto de computación distribuida LHC@home se preparó para apoyar la construcción y calibración del LHC. El proyecto utiliza la plataforma BOINC, que permite a cualquier persona con una conexión a Internet y una computadora con Mac OS X, Windows o Linux, usar el tiempo de inactividad de su computadora para simular cómo viajarán las partículas dentro de las tuberías del haz. Con esta información, los científicos pueden determinar cómo deben calibrarse los imanes para obtener la "órbita" más estable dentro de los haces del anillo.[50]​ En agosto de 2011, se lanzó una segunda aplicación (Test4Theory) que realiza simulaciones para comparar los datos reales de la prueba y poder determinar así los niveles de confianza de los resultados.

Para 2012 se habían analizado datos de más de 6.000 billones (6x1015) de colisiones de protones-protones del LHC.[51]​ Los datos de colisión del LHC se producían a aproximadamente 25 petabytes por año, y la red de computación LHC se había convertido en la red informática más grande del mundo en 2012, incluyendo más de 170 instalaciones informáticas en una red mundial en 36 países.[52][53][54]

Historial de operaciones

El LHC entró en funcionamiento por primera vez el 10 de septiembre de 2008,[55]​ pero las pruebas iniciales se retrasaron durante 14 meses, del 19 de septiembre de 2008 al 20 de noviembre de 2009, luego de un incidente en el enfriamiento de un imán por causas de un fallo de las conexiones eléctricas por cables que causó daños extensos a más de 50 imanes superconductores, sus montajes y al tubo de vacío.[56][57][58][59][60]

Durante su primera puesta en marcha (2010–2013), el LHC colisionó dos haces opuestos de partículas de protones hasta alcanzar los 4 teraelectronvoltios (4 TeV o 0,64 microjulios), o de núcleos principales (574 TeV por núcleo, o 2,76 TeV por nucleón).[61][62]​ Sus primeros descubrimientos incluyeron el bosón de Higgs, buscado durante mucho tiempo, varias partículas compuestas (hadrones) como el estado del bottomonio χ b (3P), la primera creación del plasma de quark-gluón, y las primeras observaciones de la rarísima descomposición del mesón B s en dos muones (B s 0 → μ + μ -), lo que cuestionó la validez de los modelos existentes sobre la supersimetría.

[63]

Construcción

Desafíos operacionales

El tamaño del LHC constituye un desafío de ingeniería excepcional con problemas operativos únicos debido a la cantidad de energía almacenada en los imanes y dentro de los haces.[39][64]​ Mientras está en funcionamiento, la energía total almacenada en los imanes es de 10 GJ (2 400 kilogramos de TNT) y la energía total transportada por los dos haces alcanza 724 MJ (173 kilogramos de TNT).[65]

La pérdida de sólo una diezmillonésima parte (10 −7) del haz es suficiente para apagar un imán superconductor, mientras que cada uno de los dos volcados del haz debe absorber 362 MJ (87 kilogramos de TNT). Estas energías son transportadas por muy poca materia: bajo condiciones nominales de operación (2.808 racimos por haz o, lo que es lo mismo, 1,15 × 10 11 protones por racimo), los tubos del haz contienen 1,0 × 10 −9 gramos de hidrógeno que, en condiciones estándar de temperatura y presión, ocuparían el espacio con el volumen de un grano de arena fina.

Coste

Con un presupuesto de 7 500 millones de euros (aprox. 9.000 millones de dólares en junio de 2010), el LHC es uno de los instrumentos científicos más caros jamás construidos. [1][66]​ Se espera que el costo total del proyecto sea del orden de 4.600 millones de francos suizos (aproximadamente 4.400 millones de dólares o 3.100 millones a partir de enero de 2010) para el acelerador y 1.160 millones de francos suizos (aproximadamente 1100 millones de dólares o 800 millones de euros a partir de enero de 2010) para los experimentos proyectados por el CERN.[67]

La construcción de LHC se aprobó en 1995 con un presupuesto de 2600 millones de francos suizos, junto con otros 210 millones de francos suizos destinados a los experimentos. Sin embargo, los sobrecostes estimados (en una revisión importante en 2001) aumentaron en otros 480 millones de francos suizos el coste del acelerador y otros 50 millones más para los experimentos, junto con una reducción para el presupuesto del CERN, lo cual retrasó la fecha de finalización del proyecto de 2005 a abril de 2007.[68]​ La superconducción de los imanes fue la causa de un incremento de otros 180 millones en el aumento de los costos. También hubo más costos y demoras debido a dificultades de ingeniería encontradas durante la construcción de la gruta para instalar el solenoide de muon compacto,[69]​ y también debido a los soportes magnéticos que no fueron suficientemente bien diseñados y fallaron en sus primeras pruebas iniciales (2007) y otros daños causados por un enfriamiento magnético y el escape de helio líquido (en la prueba inaugural de 2008).[70]​ Debido a que los costos de electricidad son más bajos durante el verano el LHC normalmente no opera durante los meses de invierno,[71]​ aunque se hicieron excepciones durante los inviernos de 2009/2010 y de 2012/2013 para compensar los retrasos en el arranque de 2008 y para mejorar así la precisión de las mediciones de la nueva partícula descubierta en 2012.

Accidentes durante la construcción y retrasos

  • El 25 de octubre de 2005, José Pereira Lages, un técnico, murió en las instalaciones del LHC cuando una subestación de control, que se transportaba con una grúa, cayó sobre él produciéndose el siniestro.[72]
  • El 27 de marzo de 2007, un soporte de un imán criogénico diseñado y provisto por Fermilab y por KEK se rompió durante una prueba de presión inicial que involucró a uno de los conjuntos de imanes del LHC de triplete interno (cuadrupolo de enfoque). Nadie salió herido. El director de Fermilab, Pier Oddone, declaró: En este caso, nos quedamos boquiabiertos por haber perdido un equilibrio de fuerzas muy simple. El fallo había estado presente en el diseño original y permaneció sin corregir durante cuatro revisiones de ingeniería en los años siguientes.[73]​ El análisis reveló que su diseño, hecho lo más delgado posible para un mejor aislamiento, no era lo suficientemente fuerte como para resistir las fuerzas generadas durante las pruebas de presión. Los detalles están disponibles en un comunicado de Fermilab, con el que el CERN estuvo de acuerdo.[74][75]​ La reparación del imán roto y el refuerzo de los ocho conjuntos idénticos utilizados por el LHC retrasaron la fecha de inicio del programa, que luego se planificó finalmente para ser iniciado en noviembre de 2007.
  • El 19 de septiembre de 2008, durante las pruebas iniciales, una conexión eléctrica defectuosa condujo a un enfriamiento de un imán (la pérdida repentina de la capacidad superconductora de un imán debido al calentamiento o a los efectos del campo eléctrico).
     
    Tanques de helio.
    Seis toneladas de helio líquido a temperaturas próximas al cero absoluto —utilizado para enfriar los imanes— escaparon con la fuerza suficiente para romper, cerca de sus anclajes, imanes de 10 toneladas y causaron daños y contaminación considerables en el tubo de vacío. Las reparaciones y los subsiguientes controles de seguridad causaron un retraso de otros 14 meses.[76][77][78]
  • Se encontraron dos fugas de vacío, con pequeñas entradas de aire, en julio de 2009 y el inicio de las operaciones de reparación se aplazaron hasta mediados de noviembre de ese año.[79]

Corrientes de imán iniciales

En ambas puestas en funcionamiento (2010 a 2012 y 2015), el LHC funcionó con energías inferiores al plan operativo planificado inicialmente y aumentó hasta sólo (2 x) 4 TeV de energía en su primera puesta en marcha y a (2 x) 6,5 TeV en su segundo encendido, por debajo de la energía de diseño prevista de (2 x) 7 TeV. Esto se debe a que los imanes superconductores masivos requieren un entrenamiento considerable del imán para manejar correctamente las altas corrientes involucradas sin perder su capacidad superconductora y esas altas intensidades son necesarias para permitir una alta energía en la colisión de los protones. El proceso de "entrenamiento" implica encender repetidamente los imanes con corrientes bajas para evitar cualquier enfriamiento o movimientos diminutos que puedan producirse. También lleva tiempo enfriar los imanes a su temperatura de funcionamiento de alrededor de 1,9 K (cerca del cero absoluto). Con el tiempo, el imán "se adapta" y deja de apagarse frente a estas corrientes de menor intensidad y puede manejar las altas corrientes de diseño sin dejar de funcionar. Los medios del CERN describen este problema con la analogía de que los imanes "sacuden" las inevitables pequeñas imperfecciones de fabricación en sus cristales que inicialmente habían deteriorado su capacidad para manejar las corrientes planificadas. Los imanes, con el tiempo, y con "entrenamiento", gradualmente se vuelven capaces de manejar las corrientes planificadas en el diseño original sin apagarse. [80][81]

Pruebas inaugurales (2008)

El primer lanzamiento de protones se hizo circular a través del colisionador en la mañana del 10 de septiembre de 2008.[44]​ El CERN disparó con éxito una ráfaga de protones alrededor del túnel por etapas, tres kilómetros a la vez. Las partículas se lanzaron en el sentido de las agujas del reloj hacia el acelerador y se dirigieron con éxito al punto de colisión a las 10:28 hora local.[55]​ El LHC completó con éxito su prueba principal: después de una serie de pruebas de funcionamiento, dos puntos blancos destellaron en la pantalla de un ordenador que mostraba que los protones viajaban por todo el colisionador. Llevó menos de una hora guiar la corriente de partículas alrededor de su circuito inaugural del haz.[82]​ A continuación, el CERN envió con éxito un haz de protones en sentido contrario a las agujas del reloj, tardando un poco más de una hora y media debido a un problema con la criogenización y proceso de recorrido del circuito se completó a las 14:59.

Apagado por un incidente

El 19 de septiembre de 2008, se produjo un apagado del funcionamiento del colisionador en unos 100 imanes de flexión en los sectores 3º y 4º, debido a un fallo eléctrico que provocó una pérdida de una seis toneladas de helio líquido (el refrigerante criogénico de los imanes), que se escaparon a través del túnel del colisionador. El vapor que se escapó se expandió con fuerza explosiva dañando un total de 53 imanes superconductores y sus anclajes de sustentación, contaminando la tubería de vacío, que también pasó a estar inoperativa.[56][57][83]

Poco después del incidente, el CERN informó que la causa más probable del problema era una conexión eléctrica defectuosa entre dos imanes y que, debido al tiempo necesario para calentar los sectores afectados y luego volver a enfriarlos a la temperatura de funcionamiento (recuérdese que el túnel debe ser enfriado casi a temperatura cercana al cero absoluto), tomaría al menos dos meses para arreglarlo.[84]​ El CERN publicó un informe técnico provisional [83]​ y un análisis preliminar del incidente los días 15 y 16 de octubre de 2008, respectivamente. [85]​ y una investigación mucho más detallada el 5 de diciembre de 2008.[77]​ El análisis del incidente por parte del CERN confirmó que un fallo eléctrico estaba en el origen del problema. La conexión eléctrica defectuosa había conducido a una interrupción de energía de los sistemas eléctricos que alimentan los imanes superconductores, pero también causó un arco eléctrico (o descarga) que dañó la integridad del contenedor del helio sobreenfriado y el aislamiento de vacío, lo que provocó que la temperatura y la presión del refrigerante aumentaran rápidamente más allá de la capacidad de seguridad del sistema para contenerlo [83]​ y condujo a un aumento de la temperatura en aproximadamente 100 grados centígrados en algunos de los imanes afectados. La energía almacenada en los imanes superconductores y el ruido eléctrico inducido en otros detectores de enfriamiento también desempeñaron un papel en el rápido sobrecalentamiento. Alrededor de dos toneladas de helio líquido escaparon explosivamente antes de que los detectores activaran una parada de emergencia y otras cuatro toneladas se filtraron fuera después a una presión más baja. [83]​ Un total de 53 imanes se vieron dañados en el incidente y fueron reparados o reemplazados durante la habitual interrupción de funcionamiento que se lleva a cabo durante el invierno. [86]​ Este accidente fue discutido a fondo en un artículo de Ciencia y Tecnología de Superconductores del 22 de febrero de 2010 por el físico del CERN Lucio Rossi. [87]

En las previsiones iniciales, antes de la puesta en marcha del LHC, se esperaba que las primeras colisiones "modestas" de alta energía en un centro del marco de impulso de energía de 900 GeV tuvieran lugar antes de finales de septiembre de 2008, y se esperaba que el LHC estuviera operando a 10 TeV para fines de 2008.[88]​ Sin embargo, debido a la demora causada por el incidente mencionado, el colisionador no estuvo operativo hasta noviembre de 2009.[89]​ A pesar de la demora, el LHC se inauguró oficialmente el 21 de octubre de 2008, en presencia de líderes políticos, ministros de ciencia de los 20 Estados miembros del CERN, funcionarios del mismo y miembros de la comunidad científica mundial.[90]

La mayor parte de 2009 se empleó en reparaciones y revisiones de los daños causados por el incidente referido, junto con otras dos fugas de vacío identificadas en julio de ese mismo año, que no permitieron el inicio de nuevas operaciones en el colisionador hasta noviembre de 2009.[79]

Primera fase operativa (2009–2013)

 
Seminario sobre física del LHC por John Iliopoulos (2009).[91]

El 20 de noviembre de 2009, haces de baja energía circularon en el túnel por primera vez desde el accidente y, poco después, el 30 de noviembre, el LHC alcanzó 1,18 TeV por haz para convertirse en el acelerador de partículas de mayor energía del mundo, superando el registro máximo anterior sustentado hasta entonces por el Tevatron durante ocho años (con 0,98 TeV).[92]

Durante la primera parte de 2010 se aumentó progresivamente la potencia y se llevaron a cabo los primeros experimentos de física con 3,5 TeV por haz. El 30 de marzo de 2010, el LHC estableció un nuevo récord de colisiones de alta energía al chocar haces de protones a un nivel de energía combinado de 7 TeV. El intento fue el tercero ese día, después de dos intentos fallidos en los que los protones tuvieron que ser "arrojados" fuera del colisionador.[93]​ Esto también marcó el inicio del programa principal de investigación para el cual se había diseñado en origen el LHC.

El primer ensayo con éxito terminó el 4 de noviembre de 2010. Una puesta en marcha con iones de plomo comenzó el 8 de noviembre de 2010 y terminó el 6 de diciembre de ese año,[94]​ permitiendo que el experimento ALICE estudie la materia en condiciones extremas similares a las que se produjeron poco después del Big Bang. [95]

Originalmente, el CERN planeó que el LHC funcionara hasta finales de 2012, con un breve descanso a fines de 2011, para permitir un aumento en la energía del haz de 3,5 hasta los 4 TeV.[5]​ A finales de 2012, se planeó cerrar el LHC hasta aproximadamente 2015 para permitir su actualización hasta una energía planificada de 7 TeV por haz. [96]​ A finales de 2012, a la luz del descubrimiento del bosón de Higgs en julio de 2012, el cierre se pospuso durante algunas semanas hasta principios de 2013 para permitir obtener otros datos adicionales sobre dicho descubrimiento antes de la parada prevista.

Primer apagado prolongado (2013–2015)

 
Una sección interior del LHC

El LHC se clausuró el 13 de febrero de 2013 para su actualización prevista de 2 años, denominada Long Shutdown 1 (LS1), que tenía que ver con muchos aspectos iniciales del proyecto del LHC: permitir colisiones a 14 TeV, mejorando sus detectores y preaceleradores (el Proton Synchrotron y Super Proton Synchrotron), además de reemplazar su sistema de ventilación y 100 km de cableado deteriorado por colisiones de alta energía desde su primera puesta en funcionamiento.[97]​ El colisionador actualizado comenzó su largo proceso de arranque y prueba de funcionamiento en 2014, con el Proton Synchrotron Booster a partir del 2 de junio de 2014, la interconexión final entre los imanes y las partículas del Proton Synchrotron en circulación el 18 de junio de 2014 y la primera sección del sistema principal de superimanes LHC que alcanzó una temperatura de funcionamiento de 1,9 K (−271.25 ° C) unos días después.[98]​ Debido al lento progreso en el "entrenamiento" de los imanes superconductores, se decidió comenzar la segunda ejecución con una energía más baja de tan sólo 6,5 TeV por haz, que corresponde a una corriente de 11 000 amperios. Se informó finalmente que el primero de los principales imanes del LHC había sido "entrenado" con éxito antes del 9 de diciembre de 2014, mientras que la capacitación final de los otros sectores de imanes se terminó en marzo de 2015.[99]

Segunda Puesta en Funcionamiento (2015–2018)

El 5 de abril de 2015, el LHC se reinició después de un descanso de dos años, durante el cual los conectores eléctricos entre los imanes de flexión se actualizaron para manejar de manera segura la corriente requerida de 7 TeV por haz (14 TeV en la colisión).[6][100]​ Sin embargo, los imanes de flexión solo fueron entrenados para manejar hasta 6,5 TeV por haz (13 TeV en total durante la colisión frontal), que se convirtió en la energía operativa útil desde 2015 a 2017.[80]​ Dicha energía se alcanzó por primera vez el 10 de abril de 2015.[101]​ Las mejoras culminaron en el momento en el que logró colisionar protones con una energía combinada de 13 TeV.[102]​ El 3 de junio de 2015, el LHC comenzó a entregar datos informáticos de física de partículas después de casi dos años sin funcionamiento operativo.[103]​ En los meses siguientes se usó para efectuar colisiones protón-protón, mientras que en noviembre la máquina cambió para realizar colisiones de iones de plomo y, finalmente, en diciembre comenzó el apagado habitual de invierno.

En 2016, los operadores de la máquina se centraron en aumentar la "luminosidad" de las colisiones protón-protón. El valor previsto en el diseño se alcanzó por primera vez el 29 de junio,[37]​ y otras mejoras posteriores aumentaron la tasa de colisión en un 40% por encima del valor de diseño originalmente previsto.[104]​ El número total de colisiones en 2016 excedió el número de la Fase 1 con energías cada vez más altas por colisión. El primer ciclo protón-protón fue seguido por cuatro semanas de colisiones protón-plomo.[105]

En 2017, la luminosidad se incrementó aún más y alcanzó el doble del valor del diseño original. El número total de colisiones también fue mayor que en 2016.[38]

El funcionamiento en 2018 comenzó el 17 de abril y se detuvo el 3 de diciembre, incluidas cuatro semanas de colisiones de núcleos de plomo contra plomo.[106]

Segunda Gran Parada de Funcionamiento (2018–2021 y el futuro próximo)

La denominada Long Shutdown 2 (LS2) comenzó el 10 de diciembre de 2018. El LHC y todo el complejo de aceleradores del CERN se hallan en mantenimiento y se actualizan progresivamente. El objetivo de las actualizaciones es implementar el proyecto del Colisionador de Hadrones Grandes de Alta Luminosidad (HL-LHC), que aumentará la luminosidad en un factor de 10. Se proyecta que el LS2 termine en 2021, seguido de la Puesta en Funcionamiento número 3ª.[107]​ El HL-LHC debería estar ya operativo en 2026. El cierre prolongado (LS3) hasta 2020 tendrá lugar antes de que se complete el proyecto HL-LHC.

Cronología de operaciones

Línea de tiempo
Fecha Evento
10-09-2008 El CERN disparó por etapas con éxito los primeros protones en el circuito del túnel.
19-09-2008 Se produjo un accidente de amortiguación magnética en alrededor de 100 imanes de flexión en los sectores 3º y 4º, causando una pérdida de aproximadamente 6 toneladas de helio líquido.
30-09-2008 Se tenía prevista la primera colisión, pero fue pospuesta por el accidente.
16-10-2008 El CERN dio a conocer un análisis preliminar del incidente.
21-10-2008 Inauguración oficial.
05-12-2008 El CERN publicó un análisis detallado del accidente.
29-10-2009 El LHC reanudó su operación a 3,5 TeV por haz.
20-11-2009 El LHC reinicia sus operaciones.
23-11-2009 Los cuatro detectores captan las primeras colisiones a 450 GeV.
30-11-2009 El LHC rompe el récord en ser el acelerador de partículas más potente del mundo, creando colisiones a 2,36 TeV (1,18 TeV por haz).
16-12-2009 El LHC es apagado para realizar en él los ajustes necesarios para que pueda funcionar a 7 TeV.
28-02-2010 El LHC reanuda sus actividades, haciendo circular dos haces de partículas en sentido contrario con una energía de 450 GeV por haz.
19-03-2010 El LHC alcanza un nuevo récord haciendo circular los dos haces de protones, cada uno a 3,5 TeV.
30-03-2010 El LHC inicia con éxito las colisiones de partículas a 7 TeV (3,5 TeV por haz). Se mantendría así hasta finales de 2011, para realizar los ajustes necesarios para ponerlo a funcionar a toda potencia (14 TeV).
18-09-2010 Se clausura la junta de miembros del CERN, anunciándose que se pospondrá el experimento a 14 TeV para 2016.
08-11-2010 El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) recreó con gran éxito un "mini Big Bang" provocado por el choque de iones, según anunció el Centro Europeo de Física Nuclear (CERN, por sus siglas en francés).
04-07-2012 El 4 de julio de 2012 se presentaron en el CERN los resultados preliminares de los análisis conjuntos de los datos tomados por el LHC en 2011 y 2012. Los dos principales experimentos del acelerador (ATLAS y CMS) anunciaron la observación de una nueva partícula «compatible con el bosón de Higgs», con una masa de unos 125 GeV/c2.
13-09-2012 Tienen lugar por primera vez en el LHC colisiones entre protones e iones de plomo.
13-02-2013 Se para el colisionador durante 20 meses para emprender diversas obras de reparación y mejoras.
07-03-2015 Pruebas de funcionamiento en la Segunda Puesta en Marcha envían protones hacia los detectores LHCb y ALICE.
05-04-2015 Ambos haces circularon en el colisionador. Cuatro días más tarde, se logró un nuevo récord de energía 6,5 TeV por protón.
20-05-2015 Colisionan en el LHC dos haces de protones a una energía récord de 13 TeV.
03-06-2015 Inicio de la entrega de los datos de física después de casi dos años fuera de servicio para la nueva puesta en marcha.
04-11-2015 Fin de colisiones de protones en el año 2015 e inicio de los preparativos para las colisiones de iones.
25-11-2015 Colisiones de los primeros iones en una energía récord de más de 1 PeV (1015 eV)
13-12-2015 Fin de la colisiones de iones de 2015
23-04-2016 Comienza la toma de datos del año 2016
20-06-2016 El LHC alcanza una luminosidad de 1,0 x 1034 cm-2 s-1, su valor de diseño. Otras mejoras durante el año aumentaron la luminosidad a un 40% por encima del valor de diseño.
29-02-2017 El Gran Colisionador de Hadrones vuelve a su funcionamiento y el equipo utilizará experimentos para probar nuevos ajustes ópticos, lo que proporciona el potencial para una luminosidad aún mayor de 45 fb-1 y más colisiones.

Durante las primeras semanas solamente, unos pocos racimos de partículas estarán circulando en el LHC para depurar y validar la máquina. Los racimos aumentarán gradualmente durante las próximas semanas hasta que haya suficientes partículas en la máquina para comenzar las colisiones y comenzar a recopilar datos físicos.

18-04-2017 Nuevos resultados largamente esperados sobre una decadencia particular de mesones B0 producidos en el Gran Colisionador de Hadrones.
24-05-2017 Comienzo de las colisiones protón-protón 2017. Durante 2017 la luminosidad aumentó al doble de su valor de diseño.
10-11-2017 Fin del período regular de colisiones protón-protón 2017.
17-04-2018 Comienzo de las colisiones protón-protón 2018.
12-11-2017 Final de las operaciones de protones de 2018 en el CERN.
3-12-2018 Prueba de colisiones con iones de plomo de 2018.
10-12-2018 Final de la colisiones de iones de plomo de 2018. Fin de la operación de física de 2018 e inicio de la Segunda Gran Parada.

Hallazgos y descubrimientos

Un enfoque inicial de la investigación fue investigar la posible existencia del bosón de Higgs, una parte clave del Modelo estándar de la física de partículas, que se predice por la teoría, pero que aún no se había observado antes debido a su gran masa y naturaleza evasiva. Los científicos del CERN estimaron que, si el Modelo Estándar fuera correcto, el LHC produciría varios bosones de Higgs cada minuto, permitiendo a los físicos finalmente confirmar o refutar la existencia del bosón de Higgs. Además, el LHC permitió la búsqueda de partículas supersimétricas y otras partículas hipotéticas como posibles áreas aún desconocidas de la física subatómica.[61]​ Algunas extensiones del modelo estándar predicen partículas adicionales, como los [bosón|bosones de calibre W' y Z']] pesados, que también se estima que están al alcance de la capacidad intrínseca del LHC, pero que aún están por descubrir.[108]

Primera fase (datos tomados de 2009 a 2013)

Los primeros resultados físicos del LHC, que involucraron 284 colisiones, que tuvieron lugar en el detector ALICE, se publicaron el 15 de diciembre de 2009.[109]​ Se publicaron los resultados de las primeras colisiones protón-protón a energías superiores a las colisiones protón-antiprotón Tevatron de Fermilab, gracias a la colaboración del detector CMS a principios de febrero de 2010, produciendo un conjunto de hadrones cargados mayor de lo previsto.[110]

Después del primer año de recopilación de datos, gracias a las colisiones experimentales del LHC, se comenzaron a publicar los resultados preliminares sobre búsquedas de una nueva física más allá del Modelo Estándar en las colisiones protón-protón.[111][112][113][114]​ No se detectó evidencia de nuevas partículas en los datos recopilados en 2010. Como resultado, se establecieron límites en el espacio de parámetros permitido de varias extensiones del Modelo estándar, como los modelos con grandes dimensiones adicionales o versiones restringidas del Modelo estándar supersimétrico mínimo y otros. [115][116][117]

El 24 de mayo de 2011, se informó que el plasma quark-gluón (la materia más densa que se cree que existe además de los agujeros negros) había podido ser creado finalmente en el LHC.[118]

 
Un diagrama de Feynman de una forma en que el bosón de Higgs se puede producir en el LHC. Aquí, dos quarks emiten cada uno un bosón W o Z , que se combinan para formar un bosón de Higgs neutral.

Entre julio y agosto de 2011, los resultados de las búsquedas del bosón de Higgs y de otras partículas exóticas, basados en los datos recopilados durante la primera mitad de la carrera de 2011, se presentaron en varias conferencias en Grenoble[119]​ y Bombay.[120]​ En la última conferencia se informó que, a pesar de los indicios de una señal del bosón de Higgs en datos anteriores, los detectores ATLAS y CMS excluyen (con un nivel de confianza del 95% utilizando el método CL) la existencia de un bosón de Higgs con las propiedades predichas por el Modelo Estándar sobre la mayor parte de la región con una masa entre 145 y 466 GeV.[121]​ Las búsquedas de nuevas partículas tampoco produjeron señales, lo que permitió restringir aún más el espacio de parámetros de varias extensiones del Modelo Estándar, incluyendo sus extensiones supersimétricas.[122][123]

El 13 de diciembre de 2011, el CERN informó que el bosón de Higgs predicho por el Modelo Estándar, si existía, era más probable que tuviera una masa restringida en el rango de 115–130 GeV. Tanto los detectores CMS como ATLAS también habían mostrado picos de intensidad en el rango de 124-125 GeV consistentes con el ruido de fondo o con la observación del bosón de Higgs.[124]

El 22 de diciembre de 2011, se informó que se había observado una nueva partícula compuesta, el estado del bottomonio χ b (3P).[125]

El 4 de julio de 2012, los equipos de CMS y ATLAS anunciaron el descubrimiento de un bosón en la región de masas alrededor de 125–126 GeV, con un valor estadístico al nivel de 5 sigma cada uno. Esto cumple con el nivel formal requerido para anunciar una nueva partícula. Las propiedades observadas fueron consistentes con el bosón de Higgs, pero los científicos fueron cautelosos en cuanto a si se identificaba formalmente como el bosón de Higgs, en espera de un análisis adicional.[126]​ El 14 de marzo de 2013, el CERN anunció finalmente la confirmación de que la partícula observada era de hecho el bosón de Higgs que anteriormente se había predicho.[127]

El 8 de noviembre de 2012, el equipo de LHCb informó sobre un experimento visto como una prueba "esencial" de las teorías de la supersimetría en física,[128]​ midiendo la rarísima decadencia de un mesón en dos muones. Los resultados, que coinciden con los pronosticados por el Modelo Estándar no supersimétrico (en lugar de las predicciones de muchas ramas de la supersimetría), muestran que las desintegraciones son menos comunes que en algunas formas de predicción de la supersimetría, aunque aún podrían coincidir con las predicciones de otras versiones de la teoría de la supersimetría. Se explica que los resultados, tal como fueron analizados inicialmente, no son suficientes, pero tienen un nivel de significación relativamente alto de hasta 3,5 sigma.[129]​ El resultado fue confirmado más tarde mediante la colaboración del CMS.[130]

En agosto de 2013, el equipo del LHCb reveló una anomalía en la distribución angular de los productos de descomposición del mesón B que el Modelo estándar no podía predecir. Esta anomalía tenía una certeza estadística de 4,5 sigma, justo por debajo de 5 sigma que era necesario para ser reconocido oficialmente como un descubrimiento. Se desconoce cuál es la causa de esta anomalía, aunque se ha sugerido que el bosón Z' puede ser un posible candidato como origen del mismo.[131]

El 19 de noviembre de 2014, el experimento LHCb anunció el descubrimiento de dos nuevas partículas subatómicas pesadas, Ξ ' - b y Ξ ∗ - b . Ambos son bariones que se componen de tres quarks: un bottom, un down y un strange. Son estados excitados de fondo del conocido como Barión Xi.[132][133]

La colaboración de LHCb ha observado múltiples hadrones exóticos, posiblemente pentaquarks o tetraquarks entre los datos obtenidos en el desarrollo de la Fase 1. El 4 de abril de 2014, la colaboración confirmó la existencia del candidato al tetraquark Z (4430) con una probabilidad de más de 13,9 sigma.[134][135]​ El 13 de julio de 2015, se informaron resultados consistentes con los estados del pentaquark en la descomposición de los bariones Lambda inferiores (Λ 0 b). [136][137][138]

El 28 de junio de 2016, se anunció la existencia de cuatro partículas de tipo tetraquark que se descomponen en un mesón J / ψ y φ, solo una de las cuales estaba predicha y bien establecida con anterioridad (X (4274), X (4500) y X (4700) y X (4140) ).[139][140]

En diciembre de 2016, el detector ATLAS permitió presentar una medición de la masa del bosón W investigando la precisión de los análisis realizados en el Tevatron.[141]

Segunda Fase (2015-2018)

En la conferencia EPS-HEP en julio de 2015, los investigadores presentaron las primeras medidas de sección transversal obtenidas gracias a varias partículas con las energías de colisión más altas conseguidas hasta ese momento.

El 15 de diciembre de 2015, los experimentos ATLAS y CMS informaron de una serie de resultados preliminares para búsquedas concretas de física elemental de partículas, supersimetría (SUSY) de Higgs y búsquedas exóticas utilizando datos de colisión de protones de 13 TeV. Ambos experimentos vieron un exceso moderado alrededor de 750 GeV en el espectro de masa invariante de dos fotones,[142][143][144]​ pero los experimentos no confirmaron la existencia de la partícula hipotética en un informe de agosto de 2016.[145][146][147]

En julio de 2017, se mostraron muchos análisis basados en el gran conjunto de datos recopilados en 2016. Las propiedades del bosón de Higgs se estudiaron con más detalle y se mejoró la precisión de muchos otros resultados.[148]

Actualización planificada de "alta luminosidad"

Después de algunos años de operatividad, cualquier experimento de física de partículas generalmente comienza a sufrir rendimientos decrecientes: a medida que los resultados clave que alcanza el dispositivo comienzan a completarse, en los años posteriores de operación se descubren proporcionalmente menos que en los años anteriores. Una solución habitual es actualizar los dispositivos involucrados, aumentando la energía de colisión, en la luminosidad o detectores mejorados. Además de un posible aumento hasta 14 TeV en la energía de colisión. Una actualización de luminosidad del LHC, llamada el Gran Colisionador de Hadrones de Alta Luminosidad, comenzó en junio de 2018 lo cual aumentará el potencial del acelerador para nuevos descubrimientos en física a partir de 2027.[149]​ La actualización tiene como objetivo aumentar la luminosidad del conjunto en un factor de 10, hasta 1.035   , brindando una mejor oportunidad de ver procesos poco comunes y mejorando las mediciones estadísticamente marginales.

Seguridad en el proceso de colisionar partículas

Los experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones despertaron el temor de que las colisiones de partículas pudieran producir fenómenos del día del juicio final, que implican la producción de agujeros negros microscópicos estables o la creación de partículas hipotéticas llamadas extrañas.[150]​ Dos revisiones de seguridad encargadas por el CERN examinaron estas preocupaciones y concluyeron que los experimentos en el LHC no presentan ningún peligro y que no hay motivos para preocuparse,[151][152][153]​ una conclusión respaldada por la American Physical Society.[154]

Los informes también señalaron que las condiciones físicas y los eventos de colisión que existen en el LHC y experimentos similares ocurren de manera natural y rutinaria en el universo sin consecuencias peligrosas,[152]​ incluyendo la entrada desde el espacio de rayos cósmicos de ultra alta energía que impactan en la Tierra con energías mucho más altas que los de cualquier colisionador artificial.

Alarmas sobre posibles catástrofes

Desde que se proyectó el Gran Colisionador Relativista de Iones (RHIC), el estadounidense Walter Wagner y el español Luis Sancho[155]​denunciaron ante un tribunal de Hawái 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 de la Tierra. Sin embargo su postura es rechazada por la comunidad científica, ya que carece de cualquier respaldo científico que la apoye.

Los procesos catastróficos que denuncian son:[156]

A este respecto, el CERN ha realizado estudios sobre la posibilidad de que se produzcan acontecimientos desastrosos como microagujeros negros[157]​ inestables, redes, o disfunciones magnéticas.[158]​ La conclusión de estos estudios es que "no se encuentran bases fundadas que conduzcan a estas amenazas".[159][160]

Resumiendo:

  • En el hipotético caso de que se creara un agujero negro, sería tan infinitamente pequeño que podría atravesar la Tierra sin tocar ni un solo átomo, ya que el 95 % de estos son espacios vacíos. Debido a esto, no podría crecer y alcanzaría el espacio exterior, donde su probabilidad de chocar contra algo y crecer, es aún más pequeña.
  • El planeta Tierra está expuesto a fenómenos naturales similares o peores a los que serán producidos en el LHC.
  • Los rayos cósmicos alcanzan continuamente la Tierra a velocidades (y por tanto energías) enormes, incluso varios órdenes de magnitud mayores a las producidas en el 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.

Estos argumentos no impidieron que hubiera revueltas e incluso un suicidio por temor al fin del mundo cuando LHC lanzó su primera partícula el 10 de septiembre de 2008.[161]

Cultura popular

El Gran Colisionador de Hadrones ha obtenido una considerable atención fuera de la comunidad científica y su progreso es seguido por la mayoría de los medios científicos populares. El LHC también ha inspirado obras de ficción que incluye novelas, series de televisión, videojuegos y películas.

El Gran Hadron Rap de la empleada del CERN Katherine McAlpine[162]​ superó los 7 millones de visitas en YouTube.[163][164]​ La banda Les Horribles Cernettes fue fundada por mujeres del CERN. El nombre fue elegido para tener las mismas iniciales que el LHC.[165][166]

Las reparaciones más complejas del Mundo de National Geographic Channel de su temporada 2ª (2010), Episodio 6 'Atom Smasher' cuenta la sustitución de la última sección de imanes superconductores en la reparación del colisionador de enfriamiento después del incidente de 2008. El episodio incluye imágenes reales desde la instalación de reparación hasta el interior del colisionador y explicaciones de la función, la ingeniería y el propósito del LHC.[167]

El Gran Colisionador de Hadrones fue el centro de atención de la película estudiantil Decay de 2012, la cual se filmó en los túneles de mantenimiento del CERN.[168]

El largometraje documental Particle Fever sigue a los físicos experimentales del CERN que realizan los experimentos, así como a los físicos teóricos que intentan proporcionar un marco conceptual para los resultados del LHC. Ganó el Sheffield International Doc/Festival en 2013.

Ficción

La novela Ángeles y demonios, de Dan Brown, trata sobre la antimateria creada en el LHC para ser utilizada en un arma contra el Vaticano. En respuesta, el CERN publicó ¿Realidad o ficción? página que discute la precisión de la representación del libro respecto al LHC, al CERN y a la física de partículas en general.[169]​ La versión cinematográfica del libro tiene imágenes filmadas en el lugar del colisionador durante uno de los experimentos en el LHC. El director, Ron Howard, se reunió con expertos del CERN en un esfuerzo por hacer que la ciencia en la historia de la película sea lo más precisa posible.[170]

En la serie de novelas visuales / manga / anime Steins;Gate, SERN (un error ortográfico deliberado del CERN) se habla de una organización que utiliza los agujeros negros en miniatura creados a partir de experimentos en el LHC para experimentar viajes en el tiempo y dominar el mundo. También participa en la vigilancia masiva a través del proyecto "ECHELON" y tiene conexión con muchos grupos de mercenarios en todo el mundo para evitar la creación enemigas de otras máquinas del tiempo.

La novela FlashForward, de Robert J. Sawyer, implica la búsqueda del bosón de Higgs en el LHC. El CERN publicó una página de "Ciencia y Ficción" entrevistando a Sawyer y físicos sobre el libro y en la serie de televisión basada en éste.[171]

Véase también

Referencias

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Enlaces externos

  •   Wikimedia Commons alberga una galería multimedia sobre Gran colisionador de hadrones.
  • Galería de fotos de alta calidad del colisionador
  • New Physics at 5 TeV (enlace roto disponible en Internet Archive; véase el historial, la primera versión y la última).
  • El experimento Alice
  • Compact Muon Solenoid Page (U.S. Collaboration)
  • - Virtual Reality (VR) photography panoramas (requiere Quicktime)
  • Ubicación del LHC en Google Maps
  • Crónica de un científico colombiano que participa en el LHC (en español)
  • Catherine McAlpine: Large Hadron Rap
  • Les Horribles Cernettes: LHC-Collider - Les Horribles Cernettes
  • http://www.elpais.com/articulo/sociedad/LHC/solo/funcionara/media/potencia/elpepisoc/20090807elpepisoc_5/Tes
  • RTVE Reportaje El LHC, viaje al centro del pasado
  • Vídeo entrevista Alberto Casas, investigador del CSIC, explica el experimento del gran colisionador de partículas
  • Eight Things To Know As The Large Hadron Collider Breaks Energy Records
Video
  •   Datos: Q40605
  •   Multimedia: Large Hadron Collider

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Coordenadas 46 14 N 06 03 E 46 233 6 050 El Gran Colisionador de Hadrones LHC en ingles Large Hadron Collider es el acelerador de particulas mas grande y de mayor energia que existe y la maquina mas grande construida por el ser humano en el mundo 1 2 Fue construido por la Organizacion Europea para la Investigacion Nuclear CERN entre 1998 y 2008 en colaboracion con mas de 10 000 cientificos y cientos de universidades y laboratorios asi como mas de 100 paises de todo el Mundo 3 Se encuentra en un tunel de 27 kilometros de circunferencia y a una profundidad de 175 metros bajo tierra debajo de la frontera entre Francia y Suiza cerca de Ginebra Experimentos y preaceleradores del LHC Las primeras colisiones se lograron en 2010 a una energia de 3 5 teraelectronvoltios TeV por haz aproximadamente cuatro veces el record mundial anterior 4 5 Despues de las correspondientes actualizaciones alcanzo 6 5 TeV por haz 13 TeV de energia de colision total el record mundial actual 6 7 8 9 A finales de 2018 entro en un periodo de parada de dos anos para nuevas actualizaciones con el cual se espera posteriormente alcanzar energias de colision aun mayores El colisionador tiene cuatro puntos de cruce alrededor de los cuales se colocan siete detectores cada uno disenado para ciertos tipos de experimentos en investigacion El LHC hace colisionar protones pero tambien puede utilizar haces de iones pesados por ejemplo de plomo realizandose colisiones de protones de plomo normalmente durante un mes al ano El objetivo de los detectores del LHC es permitir a los fisicos probar las predicciones de las diferentes teorias de la fisica de particulas incluida la medicion de las propiedades del boson de Higgs 10 y la busqueda de una larga serie de nuevas particulas predicha por las teorias de la supersimetria 11 asi como tambien otros problemas no resueltos en la larga lista de elementos en la fisica de particulas Indice 1 Idea de base 2 Proposito 3 Diseno 3 1 Detectores 3 2 Instalaciones de computacion y analisis 4 Historial de operaciones 4 1 Construccion 4 1 1 Desafios operacionales 4 1 2 Coste 4 1 3 Accidentes durante la construccion y retrasos 4 1 4 Corrientes de iman iniciales 4 2 Pruebas inaugurales 2008 4 2 1 Apagado por un incidente 4 3 Primera fase operativa 2009 2013 4 4 Primer apagado prolongado 2013 2015 4 5 Segunda Puesta en Funcionamiento 2015 2018 4 6 Segunda Gran Parada de Funcionamiento 2018 2021 y el futuro proximo 5 Cronologia de operaciones 6 Hallazgos y descubrimientos 6 1 Primera fase datos tomados de 2009 a 2013 6 2 Segunda Fase 2015 2018 7 Actualizacion planificada de alta luminosidad 8 Seguridad en el proceso de colisionar particulas 8 1 Alarmas sobre posibles catastrofes 9 Cultura popular 9 1 Ficcion 10 Vease tambien 11 Referencias 12 Enlaces externosIdea de base EditarEl termino hadron se refiere a aquellas particula subatomicas compuestas de quarks unidos por la fuerza nuclear fuerte asi como los atomos y las moleculas se mantienen unidos por la fuerza electromagnetica 12 Los hadrones mas conocidos son los bariones como pueden ser los protones y los neutrones Los hadrones tambien incluyen mesones como el pion o el kaon que fueron descubiertos durante los experimentos de rayos cosmicos a fines de la decada de 1940 y principios de la de 1950 13 Un colisionador es un tipo de acelerador de particulas con dos haces enfrentados de particulas que chocan entre si En la fisica de particulas los colisionadores se utilizan como herramientas de investigacion aceleran las particulas a energias cineticas muy altas que les permiten impactar con otras particulas 1 El analisis de los subproductos de estas colisiones brinda a los cientificos una buena evidencia de la estructura del mundo subatomico y de las leyes de la naturaleza que lo gobiernan Muchos de estos subproductos se producen solo mediante colisiones de alta energia y se descomponen despues de periodos de tiempo muy breves Por lo tanto muchos de ellos son dificiles o casi imposibles de detectar de otra manera 14 Proposito EditarMuchos fisicos esperan que el Gran Colisionador de Hadrones ayude a responder algunas de las preguntas fundamentales de la fisica que se refieren a las leyes basicas que rigen las interacciones y fuerzas entre las particulas elementales la estructura profunda del espacio y el tiempo y en particular la interrelacion entre la mecanica cuantica y la relatividad general 15 Tambien se necesitan datos de experimentos de particulas de alta energia para sugerir que versiones de los modelos cientificos actuales tienen mas probabilidades de ser correctas en particular para elegir entre el modelo estandar y el modelo de Higgsless validando sus predicciones y permitir un mayor desarrollo teorico Los temas investigados por las colisiones del LHC incluyen entre otras preguntas fundamentales 16 17 Se esta generando la masa de particulas elementales por el mecanismo de Higgs a traves de la ruptura espontanea de simetria 18 Se esperaba que los experimentos del colisionador demostrarian o descartarian la existencia del escurridizo boson de Higgs lo que permitiria a los fisicos considerar cual de los modelos el Modelo estandar o sus alternativas de Higgsless es el mas correcto 19 20 Es la supersimetria una extension del Modelo Estandar y la simetria de Poincare de la naturaleza lo que implica que todas las particulas conocidas tengan elementos supercompaneros 21 22 23 Existen dimensiones adicionales aun no conocidas 24 como predicen varios modelos basados en la teoria de cuerdas y seremos capaces de detectarlos 25 Cual es la naturaleza de la materia oscura que parece representar al menos el 27 de la masa total del universo Otras preguntas abiertas sobre las que podemos interrogarnos utilizando colisiones de particulas de alta energia son las siguientes Ya se sabe que el electromagnetismo y la fuerza nuclear debil son manifestaciones diferentes de una sola fuerza llamada fuerza de electrodepresion El LHC puede aclarar si la fuerza electrodebil y la fuerza nuclear fuerte son igualmente manifestaciones diferentes de una fuerza unificada universal como lo predicen varias teorias de la gran unificacion Por que la cuarta fuerza fundamental la gravedad tiene tantos ordenes de magnitud mas debiles que las otras tres fuerzas fundamentales Vease tambien problema de jerarquia Existen otros tipos de mezcla de sabores quark mas alla de los que ya estan presentes en el Modelo estandar Por que hay violaciones aparentes de la simetria entre la materia y la antimateria Vease tambien problema de la Violacion CP Cual es la naturaleza y las propiedades del plasma de gluones y quarks que se cree que existio en el universo primitivo y en ciertos objetos astronomicos compactos y extranos en la actualidad Esto sera investigado por colisiones de iones pesados principalmente en los modulos ALICE pero tambien en CMS ATLAS y LHCb del CERN Observados por primera vez en 2010 los hallazgos publicados en 2012 confirmaron el fenomeno conocido como enfriamiento por chorro de los iones pesados 26 27 28 Diseno EditarEl colisionador esta situado en un tunel circular con una circunferencia de 26 7 kilometros a una profundidad que varia de 50 a 175 metros bajo tierra Mapa del Gran Colisionador de Hadrones del CERN El tunel forrado de hormigon de 3 8 metros de ancho construido entre 1983 y 1988 ya se utilizo anteriormente para albergar el gran colisionador de electrones y positrones 29 El tunel cruza la frontera entre Suiza y Francia en cuatro puntos en su mayor parte en Francia Los edificios de la superficie tienen diferentes equipos auxiliares como compresores equipos de ventilacion electronica de control y plantas de refrigeracion aparte de los modulos construidos para albergar alojamientos cocina salones salas de descanso computacion etc Los superimanes cuadropolos superconductores se utilizan para dirigir los haces a cuatro puntos de interseccion donde tienen lugar las colisiones e interacciones entre los protones acelerados El tunel colisionador contiene dos lineas de haces paralelos adyacentes o tubos de haces cada uno de las cuales contiene un haz que viaja en direcciones opuestas alrededor del anillo Los haces se cruzan en cuatro puntos alrededor del anillo que es donde tienen lugar las colisiones de particulas Unos 1 232 imanes dipolos mantienen los haces en su trayectoria circular ver imagen 30 mientras que se utilizan 392 imanes cuadripolo adicionales para mantener los haces enfocados con otros imanes cuadripolo mas potentes cerca de los puntos de interseccion para maximizar las posibilidades de interaccion donde se cruzan las dos lineas Imanes multipolares superiores se utilizan para corregir las imperfecciones mas pequenas en la geometria del campo En total se han instalado unos 10 000 imanes superconductores con imanes dipolos con un peso total de mas de 27 toneladas cada uno 31 Se necesitan aproximadamente 96 toneladas de Helio 4 superfluido para mantener los imanes hechos de niobio titanio revestido de cobre a una temperatura de funcionamiento de tan solo 1 9 K 271 25 C lo que hace que el LHC sea la instalacion criogenica mas grande del mundo Para ello el LHC utiliza en total 470 toneladas del superconductor Nb Ti 32 Durante las operaciones del LHC el CERN consume aproximadamente 200 MWs de energia electrica de la red electrica francesa que en comparacion es aproximadamente un tercio del consumo total de toda la energia de la ciudad de Ginebra El acelerador LHC y los detectores consumen aproximadamente 120 MW de los mismos 33 Cuando funciona en el registro de energia actual de 6 5 TeV por proton lanzado al haz 34 una o dos veces al dia a medida que los protones se aceleran de 450 GeV a 6 5 TeV el campo de los imanes dipolares superconductores aumenta de 0 54 a 7 7 teslas T Cada proton tiene una energia de 6 5 TeV lo que proporciona en el choque una energia de colision total de 13 TeV En esta energia los protones tienen un factor de Lorentz de alrededor de 6 930 y se mueven a aproximadamente 0 999999990 c o sea alrededor de 3 1 m s 11 km h mas lenta que el limite maximo de la velocidad de la luz en el vacio c En total tarda menos de 90 microsegundos ms para que un proton viaje 26 7 km alrededor del anillo principal Esto da como resultado 11 245 revoluciones por segundo para los protones dentro del tunel circular ya sea que las particulas tengan una energia baja o alta en el anillo principal o que la diferencia de velocidad entre estas energias este mas alla del quinto decimal 35 En lugar de tener haces continuos los protones se agrupan formando hasta 2 808 racimos con 115 mil millones de protones en cada grupo de modo que las interacciones entre los dos haces tienen lugar a intervalos discretos principalmente a una distancia luz de 25 nanosegundos ns proporcionando una tasa de colision de 40 MHz Fue puesto en funcionamiento con menos racimos de protones durante los primeros anos La luminosidad de diseno del LHC es de 1034 cm 2 s 1 36 la cual fue alcanzada por primera vez en junio de 2016 37 En 2017 se logro el doble de este valor 38 Los protones necesarios para el LHC se originan desde un pequeno tanque rojo de hidrogeno Antes de ser inyectadas en el acelerador principal las particulas son preparadas por una serie de sistemas que aumentan sucesivamente su energia El primer sistema es el acelerador lineal de particulas LINAC 2 que genera protones de 50 MeV que alimenta el Proton Synchrotron Booster PSB Lineas de inyeccion y transferencia del Proton Synchrotron BoosterAlli los protones se aceleran a 1 4 GeV y se inyectan en el Sincrotron de Protones PS donde se aceleran a 26 GeV Finalmente el Supersincrotron de Protones SPS se usa para aumentar su energia aun mas hasta 450 GeV antes de que finalmente se inyecten durante un periodo de varios minutos en el anillo principal Aqui los racimos de protones se acumulan y aceleran durante un periodo de 20 minutos a su pico maximo de energia y finalmente circulan durante 5 a 24 horas seguidas mientras se producen colisiones en los cuatro puntos de interseccion 39 El programa fundamental del LHC se basa principalmente en colisiones proton proton Sin embargo se incluyen en el programa periodos de funcionamiento mas cortos generalmente un mes por ano con colisiones de iones pesados Si bien los iones mas ligeros tambien son considerados el esquema de linea de base se ocupa fundamentalmente de los iones de plomo 40 Los iones de plomo son acelerados primero por el acelerador lineal LINAC 3 y el anillo de iones de baja energia LEIR se usa como una unidad de almacenamiento y enfriador de iones Luego los PS y SPS aceleran aun mas los iones antes de inyectarlos en el anillo LHC donde alcanzan una energia de 2 3 TeV por nucleon o 522 TeV por ion 41 superior a las energias alcanzadas por el colisionador de iones pesados relativista El objetivo del programa de iones pesados es investigar el Plasma de quarks gluones que existia en el universo temprano 42 Detectores Editar Vista detallada del detector ALICE del LHC Se han construido siete detectores en el LHC ubicados bajo tierra en grandes cavernas excavadas en los puntos de interseccion del LHC Dos de ellos el experimento ATLAS y el solenoide de muon compacto CMS son grandes detectores de particulas de uso general Los experimentos de ALICE y LHCb tienen roles mas especificos y los ultimos tres TOTEM MoEDAL y LHCf son mucho mas pequenos y son para investigaciones muy especializadas Los experimentos con ATLAS y el CMS descubrieron el boson de Higgs que es una fuerte evidencia de que el Modelo Estandar tiene el mecanismo correcto para dar masa a las particulas elementales 43 En resumen los siete detectores son ATLAS CMS TOTEM LHCb LHCf MoEDAL y FASER Detector CMS del LHC El resumen de los detectores principales es el que sigue 44 Detector DescripcionATLAS Es uno de los dos detectores de uso general ATLAS estudia el boson de Higgs y busca signos de nueva fisica de particulas incluidos los origenes de la masa y las posibles dimensiones adicionales CMS Es el otro detector de uso general como ATLAS estudia el boson de Higgs y busca pistas para nuevos descubrimientos fisicos y nuevas particulas ALICE ALICE esta estudiando una forma de materia muy fluida llamada plasma quark gluon que se cree existio poco despues del Big Bang LHCb Se crearon cantidades iguales de materia y antimateria durante el breve instante del Big Bang El LHCb investiga lo que le sucedio a la antimateria desaparecida Instalaciones de computacion y analisis Editar Los datos informaticos producidos por el LHC asi como la simulacion relacionada con LHC se estiman aproximadamente en 15 petabytes al ano el rendimiento maximo durante la ejecucion no se ha especificado 45 lo cual es un enorme desafio de computacion en todo momento El LHC Computing Grid 46 fue construido como parte del diseno del LHC para manejar la gran cantidad de datos esperados en las colisiones Es un proyecto de colaboracion internacional que consiste en una infraestructura basada en una red informatica que conecta inicialmente 140 centros de computacion en 35 paises superado por mas de 170 centros en 36 paises a partir de 2012 Fue disenado especificamente por el CERN para manejar el volumen masivo de datos informaticos producidos por los experimentos del LHC 47 48 48 incorporando conexiones privadas con cable de fibra optica e infraestructuras existentes de Internet de alta velocidad para permitir la transferencia de datos del CERN a instituciones academicas de todo el mundo 49 El Open Science Grid se utiliza como la infraestructura primaria en los Estados Unidos y tambien como parte de una federacion interoperable con el LHC Computing Grid El proyecto de computacion distribuida LHC home se preparo para apoyar la construccion y calibracion del LHC El proyecto utiliza la plataforma BOINC que permite a cualquier persona con una conexion a Internet y una computadora con Mac OS X Windows o Linux usar el tiempo de inactividad de su computadora para simular como viajaran las particulas dentro de las tuberias del haz Con esta informacion los cientificos pueden determinar como deben calibrarse los imanes para obtener la orbita mas estable dentro de los haces del anillo 50 En agosto de 2011 se lanzo una segunda aplicacion Test4Theory que realiza simulaciones para comparar los datos reales de la prueba y poder determinar asi los niveles de confianza de los resultados Para 2012 se habian analizado datos de mas de 6 000 billones 6x1015 de colisiones de protones protones del LHC 51 Los datos de colision del LHC se producian a aproximadamente 25 petabytes por ano y la red de computacion LHC se habia convertido en la red informatica mas grande del mundo en 2012 incluyendo mas de 170 instalaciones informaticas en una red mundial en 36 paises 52 53 54 Historial de operaciones EditarEl LHC entro en funcionamiento por primera vez el 10 de septiembre de 2008 55 pero las pruebas iniciales se retrasaron durante 14 meses del 19 de septiembre de 2008 al 20 de noviembre de 2009 luego de un incidente en el enfriamiento de un iman por causas de un fallo de las conexiones electricas por cables que causo danos extensos a mas de 50 imanes superconductores sus montajes y al tubo de vacio 56 57 58 59 60 Durante su primera puesta en marcha 2010 2013 el LHC colisiono dos haces opuestos de particulas de protones hasta alcanzar los 4 teraelectronvoltios 4 TeV o 0 64 microjulios o de nucleos principales 574 TeV por nucleo o 2 76 TeV por nucleon 61 62 Sus primeros descubrimientos incluyeron el boson de Higgs buscado durante mucho tiempo varias particulas compuestas hadrones como el estado del bottomonio x b 3P la primera creacion del plasma de quark gluon y las primeras observaciones de la rarisima descomposicion del meson B s en dos muones B s 0 m m lo que cuestiono la validez de los modelos existentes sobre la supersimetria 63 Construccion Editar Desafios operacionales Editar El tamano del LHC constituye un desafio de ingenieria excepcional con problemas operativos unicos debido a la cantidad de energia almacenada en los imanes y dentro de los haces 39 64 Mientras esta en funcionamiento la energia total almacenada en los imanes es de 10 GJ 2 400 kilogramos de TNT y la energia total transportada por los dos haces alcanza 724 MJ 173 kilogramos de TNT 65 La perdida de solo una diezmillonesima parte 10 7 del haz es suficiente para apagar un iman superconductor mientras que cada uno de los dos volcados del haz debe absorber 362 MJ 87 kilogramos de TNT Estas energias son transportadas por muy poca materia bajo condiciones nominales de operacion 2 808 racimos por haz o lo que es lo mismo 1 15 10 11 protones por racimo los tubos del haz contienen 1 0 10 9 gramos de hidrogeno que en condiciones estandar de temperatura y presion ocuparian el espacio con el volumen de un grano de arena fina Coste Editar Con un presupuesto de 7 500 millones de euros aprox 9 000 millones de dolares en junio de 2010 el LHC es uno de los instrumentos cientificos mas caros jamas construidos 1 66 Se espera que el costo total del proyecto sea del orden de 4 600 millones de francos suizos aproximadamente 4 400 millones de dolares o 3 100 millones a partir de enero de 2010 para el acelerador y 1 160 millones de francos suizos aproximadamente 1100 millones de dolares o 800 millones de euros a partir de enero de 2010 para los experimentos proyectados por el CERN 67 La construccion de LHC se aprobo en 1995 con un presupuesto de 2600 millones de francos suizos junto con otros 210 millones de francos suizos destinados a los experimentos Sin embargo los sobrecostes estimados en una revision importante en 2001 aumentaron en otros 480 millones de francos suizos el coste del acelerador y otros 50 millones mas para los experimentos junto con una reduccion para el presupuesto del CERN lo cual retraso la fecha de finalizacion del proyecto de 2005 a abril de 2007 68 La superconduccion de los imanes fue la causa de un incremento de otros 180 millones en el aumento de los costos Tambien hubo mas costos y demoras debido a dificultades de ingenieria encontradas durante la construccion de la gruta para instalar el solenoide de muon compacto 69 y tambien debido a los soportes magneticos que no fueron suficientemente bien disenados y fallaron en sus primeras pruebas iniciales 2007 y otros danos causados por un enfriamiento magnetico y el escape de helio liquido en la prueba inaugural de 2008 70 Debido a que los costos de electricidad son mas bajos durante el verano el LHC normalmente no opera durante los meses de invierno 71 aunque se hicieron excepciones durante los inviernos de 2009 2010 y de 2012 2013 para compensar los retrasos en el arranque de 2008 y para mejorar asi la precision de las mediciones de la nueva particula descubierta en 2012 Accidentes durante la construccion y retrasos Editar El 25 de octubre de 2005 Jose Pereira Lages un tecnico murio en las instalaciones del LHC cuando una subestacion de control que se transportaba con una grua cayo sobre el produciendose el siniestro 72 El 27 de marzo de 2007 un soporte de un iman criogenico disenado y provisto por Fermilab y por KEK se rompio durante una prueba de presion inicial que involucro a uno de los conjuntos de imanes del LHC de triplete interno cuadrupolo de enfoque Nadie salio herido El director de Fermilab Pier Oddone declaro En este caso nos quedamos boquiabiertos por haber perdido un equilibrio de fuerzas muy simple El fallo habia estado presente en el diseno original y permanecio sin corregir durante cuatro revisiones de ingenieria en los anos siguientes 73 El analisis revelo que su diseno hecho lo mas delgado posible para un mejor aislamiento no era lo suficientemente fuerte como para resistir las fuerzas generadas durante las pruebas de presion Los detalles estan disponibles en un comunicado de Fermilab con el que el CERN estuvo de acuerdo 74 75 La reparacion del iman roto y el refuerzo de los ocho conjuntos identicos utilizados por el LHC retrasaron la fecha de inicio del programa que luego se planifico finalmente para ser iniciado en noviembre de 2007 El 19 de septiembre de 2008 durante las pruebas iniciales una conexion electrica defectuosa condujo a un enfriamiento de un iman la perdida repentina de la capacidad superconductora de un iman debido al calentamiento o a los efectos del campo electrico Tanques de helio Seis toneladas de helio liquido a temperaturas proximas al cero absoluto utilizado para enfriar los imanes escaparon con la fuerza suficiente para romper cerca de sus anclajes imanes de 10 toneladas y causaron danos y contaminacion considerables en el tubo de vacio Las reparaciones y los subsiguientes controles de seguridad causaron un retraso de otros 14 meses 76 77 78 Se encontraron dos fugas de vacio con pequenas entradas de aire en julio de 2009 y el inicio de las operaciones de reparacion se aplazaron hasta mediados de noviembre de ese ano 79 Corrientes de iman iniciales Editar En ambas puestas en funcionamiento 2010 a 2012 y 2015 el LHC funciono con energias inferiores al plan operativo planificado inicialmente y aumento hasta solo 2 x 4 TeV de energia en su primera puesta en marcha y a 2 x 6 5 TeV en su segundo encendido por debajo de la energia de diseno prevista de 2 x 7 TeV Esto se debe a que los imanes superconductores masivos requieren un entrenamiento considerable del iman para manejar correctamente las altas corrientes involucradas sin perder su capacidad superconductora y esas altas intensidades son necesarias para permitir una alta energia en la colision de los protones El proceso de entrenamiento implica encender repetidamente los imanes con corrientes bajas para evitar cualquier enfriamiento o movimientos diminutos que puedan producirse Tambien lleva tiempo enfriar los imanes a su temperatura de funcionamiento de alrededor de 1 9 K cerca del cero absoluto Con el tiempo el iman se adapta y deja de apagarse frente a estas corrientes de menor intensidad y puede manejar las altas corrientes de diseno sin dejar de funcionar Los medios del CERN describen este problema con la analogia de que los imanes sacuden las inevitables pequenas imperfecciones de fabricacion en sus cristales que inicialmente habian deteriorado su capacidad para manejar las corrientes planificadas Los imanes con el tiempo y con entrenamiento gradualmente se vuelven capaces de manejar las corrientes planificadas en el diseno original sin apagarse 80 81 Pruebas inaugurales 2008 Editar El primer lanzamiento de protones se hizo circular a traves del colisionador en la manana del 10 de septiembre de 2008 44 El CERN disparo con exito una rafaga de protones alrededor del tunel por etapas tres kilometros a la vez Las particulas se lanzaron en el sentido de las agujas del reloj hacia el acelerador y se dirigieron con exito al punto de colision a las 10 28 hora local 55 El LHC completo con exito su prueba principal despues de una serie de pruebas de funcionamiento dos puntos blancos destellaron en la pantalla de un ordenador que mostraba que los protones viajaban por todo el colisionador Llevo menos de una hora guiar la corriente de particulas alrededor de su circuito inaugural del haz 82 A continuacion el CERN envio con exito un haz de protones en sentido contrario a las agujas del reloj tardando un poco mas de una hora y media debido a un problema con la criogenizacion y proceso de recorrido del circuito se completo a las 14 59 Apagado por un incidente Editar El 19 de septiembre de 2008 se produjo un apagado del funcionamiento del colisionador en unos 100 imanes de flexion en los sectores 3º y 4º debido a un fallo electrico que provoco una perdida de una seis toneladas de helio liquido el refrigerante criogenico de los imanes que se escaparon a traves del tunel del colisionador El vapor que se escapo se expandio con fuerza explosiva danando un total de 53 imanes superconductores y sus anclajes de sustentacion contaminando la tuberia de vacio que tambien paso a estar inoperativa 56 57 83 Poco despues del incidente el CERN informo que la causa mas probable del problema era una conexion electrica defectuosa entre dos imanes y que debido al tiempo necesario para calentar los sectores afectados y luego volver a enfriarlos a la temperatura de funcionamiento recuerdese que el tunel debe ser enfriado casi a temperatura cercana al cero absoluto tomaria al menos dos meses para arreglarlo 84 El CERN publico un informe tecnico provisional 83 y un analisis preliminar del incidente los dias 15 y 16 de octubre de 2008 respectivamente 85 y una investigacion mucho mas detallada el 5 de diciembre de 2008 77 El analisis del incidente por parte del CERN confirmo que un fallo electrico estaba en el origen del problema La conexion electrica defectuosa habia conducido a una interrupcion de energia de los sistemas electricos que alimentan los imanes superconductores pero tambien causo un arco electrico o descarga que dano la integridad del contenedor del helio sobreenfriado y el aislamiento de vacio lo que provoco que la temperatura y la presion del refrigerante aumentaran rapidamente mas alla de la capacidad de seguridad del sistema para contenerlo 83 y condujo a un aumento de la temperatura en aproximadamente 100 grados centigrados en algunos de los imanes afectados La energia almacenada en los imanes superconductores y el ruido electrico inducido en otros detectores de enfriamiento tambien desempenaron un papel en el rapido sobrecalentamiento Alrededor de dos toneladas de helio liquido escaparon explosivamente antes de que los detectores activaran una parada de emergencia y otras cuatro toneladas se filtraron fuera despues a una presion mas baja 83 Un total de 53 imanes se vieron danados en el incidente y fueron reparados o reemplazados durante la habitual interrupcion de funcionamiento que se lleva a cabo durante el invierno 86 Este accidente fue discutido a fondo en un articulo de Ciencia y Tecnologia de Superconductores del 22 de febrero de 2010 por el fisico del CERN Lucio Rossi 87 En las previsiones iniciales antes de la puesta en marcha del LHC se esperaba que las primeras colisiones modestas de alta energia en un centro del marco de impulso de energia de 900 GeV tuvieran lugar antes de finales de septiembre de 2008 y se esperaba que el LHC estuviera operando a 10 TeV para fines de 2008 88 Sin embargo debido a la demora causada por el incidente mencionado el colisionador no estuvo operativo hasta noviembre de 2009 89 A pesar de la demora el LHC se inauguro oficialmente el 21 de octubre de 2008 en presencia de lideres politicos ministros de ciencia de los 20 Estados miembros del CERN funcionarios del mismo y miembros de la comunidad cientifica mundial 90 La mayor parte de 2009 se empleo en reparaciones y revisiones de los danos causados por el incidente referido junto con otras dos fugas de vacio identificadas en julio de ese mismo ano que no permitieron el inicio de nuevas operaciones en el colisionador hasta noviembre de 2009 79 Primera fase operativa 2009 2013 Editar Seminario sobre fisica del LHC por John Iliopoulos 2009 91 El 20 de noviembre de 2009 haces de baja energia circularon en el tunel por primera vez desde el accidente y poco despues el 30 de noviembre el LHC alcanzo 1 18 TeV por haz para convertirse en el acelerador de particulas de mayor energia del mundo superando el registro maximo anterior sustentado hasta entonces por el Tevatron durante ocho anos con 0 98 TeV 92 Durante la primera parte de 2010 se aumento progresivamente la potencia y se llevaron a cabo los primeros experimentos de fisica con 3 5 TeV por haz El 30 de marzo de 2010 el LHC establecio un nuevo record de colisiones de alta energia al chocar haces de protones a un nivel de energia combinado de 7 TeV El intento fue el tercero ese dia despues de dos intentos fallidos en los que los protones tuvieron que ser arrojados fuera del colisionador 93 Esto tambien marco el inicio del programa principal de investigacion para el cual se habia disenado en origen el LHC El primer ensayo con exito termino el 4 de noviembre de 2010 Una puesta en marcha con iones de plomo comenzo el 8 de noviembre de 2010 y termino el 6 de diciembre de ese ano 94 permitiendo que el experimento ALICE estudie la materia en condiciones extremas similares a las que se produjeron poco despues del Big Bang 95 Originalmente el CERN planeo que el LHC funcionara hasta finales de 2012 con un breve descanso a fines de 2011 para permitir un aumento en la energia del haz de 3 5 hasta los 4 TeV 5 A finales de 2012 se planeo cerrar el LHC hasta aproximadamente 2015 para permitir su actualizacion hasta una energia planificada de 7 TeV por haz 96 A finales de 2012 a la luz del descubrimiento del boson de Higgs en julio de 2012 el cierre se pospuso durante algunas semanas hasta principios de 2013 para permitir obtener otros datos adicionales sobre dicho descubrimiento antes de la parada prevista Primer apagado prolongado 2013 2015 Editar Una seccion interior del LHC El LHC se clausuro el 13 de febrero de 2013 para su actualizacion prevista de 2 anos denominada Long Shutdown 1 LS1 que tenia que ver con muchos aspectos iniciales del proyecto del LHC permitir colisiones a 14 TeV mejorando sus detectores y preaceleradores el Proton Synchrotron y Super Proton Synchrotron ademas de reemplazar su sistema de ventilacion y 100 km de cableado deteriorado por colisiones de alta energia desde su primera puesta en funcionamiento 97 El colisionador actualizado comenzo su largo proceso de arranque y prueba de funcionamiento en 2014 con el Proton Synchrotron Booster a partir del 2 de junio de 2014 la interconexion final entre los imanes y las particulas del Proton Synchrotron en circulacion el 18 de junio de 2014 y la primera seccion del sistema principal de superimanes LHC que alcanzo una temperatura de funcionamiento de 1 9 K 271 25 C unos dias despues 98 Debido al lento progreso en el entrenamiento de los imanes superconductores se decidio comenzar la segunda ejecucion con una energia mas baja de tan solo 6 5 TeV por haz que corresponde a una corriente de 11 000 amperios Se informo finalmente que el primero de los principales imanes del LHC habia sido entrenado con exito antes del 9 de diciembre de 2014 mientras que la capacitacion final de los otros sectores de imanes se termino en marzo de 2015 99 Segunda Puesta en Funcionamiento 2015 2018 Editar El 5 de abril de 2015 el LHC se reinicio despues de un descanso de dos anos durante el cual los conectores electricos entre los imanes de flexion se actualizaron para manejar de manera segura la corriente requerida de 7 TeV por haz 14 TeV en la colision 6 100 Sin embargo los imanes de flexion solo fueron entrenados para manejar hasta 6 5 TeV por haz 13 TeV en total durante la colision frontal que se convirtio en la energia operativa util desde 2015 a 2017 80 Dicha energia se alcanzo por primera vez el 10 de abril de 2015 101 Las mejoras culminaron en el momento en el que logro colisionar protones con una energia combinada de 13 TeV 102 El 3 de junio de 2015 el LHC comenzo a entregar datos informaticos de fisica de particulas despues de casi dos anos sin funcionamiento operativo 103 En los meses siguientes se uso para efectuar colisiones proton proton mientras que en noviembre la maquina cambio para realizar colisiones de iones de plomo y finalmente en diciembre comenzo el apagado habitual de invierno En 2016 los operadores de la maquina se centraron en aumentar la luminosidad de las colisiones proton proton El valor previsto en el diseno se alcanzo por primera vez el 29 de junio 37 y otras mejoras posteriores aumentaron la tasa de colision en un 40 por encima del valor de diseno originalmente previsto 104 El numero total de colisiones en 2016 excedio el numero de la Fase 1 con energias cada vez mas altas por colision El primer ciclo proton proton fue seguido por cuatro semanas de colisiones proton plomo 105 En 2017 la luminosidad se incremento aun mas y alcanzo el doble del valor del diseno original El numero total de colisiones tambien fue mayor que en 2016 38 El funcionamiento en 2018 comenzo el 17 de abril y se detuvo el 3 de diciembre incluidas cuatro semanas de colisiones de nucleos de plomo contra plomo 106 Segunda Gran Parada de Funcionamiento 2018 2021 y el futuro proximo Editar La denominada Long Shutdown 2 LS2 comenzo el 10 de diciembre de 2018 El LHC y todo el complejo de aceleradores del CERN se hallan en mantenimiento y se actualizan progresivamente El objetivo de las actualizaciones es implementar el proyecto del Colisionador de Hadrones Grandes de Alta Luminosidad HL LHC que aumentara la luminosidad en un factor de 10 Se proyecta que el LS2 termine en 2021 seguido de la Puesta en Funcionamiento numero 3ª 107 El HL LHC deberia estar ya operativo en 2026 El cierre prolongado LS3 hasta 2020 tendra lugar antes de que se complete el proyecto HL LHC Cronologia de operaciones EditarLinea de tiempo Fecha Evento10 09 2008 El CERN disparo por etapas con exito los primeros protones en el circuito del tunel 19 09 2008 Se produjo un accidente de amortiguacion magnetica en alrededor de 100 imanes de flexion en los sectores 3º y 4º causando una perdida de aproximadamente 6 toneladas de helio liquido 30 09 2008 Se tenia prevista la primera colision pero fue pospuesta por el accidente 16 10 2008 El CERN dio a conocer un analisis preliminar del incidente 21 10 2008 Inauguracion oficial 05 12 2008 El CERN publico un analisis detallado del accidente 29 10 2009 El LHC reanudo su operacion a 3 5 TeV por haz 20 11 2009 El LHC reinicia sus operaciones 23 11 2009 Los cuatro detectores captan las primeras colisiones a 450 GeV 30 11 2009 El LHC rompe el record en ser el acelerador de particulas mas potente del mundo creando colisiones a 2 36 TeV 1 18 TeV por haz 16 12 2009 El LHC es apagado para realizar en el los ajustes necesarios para que pueda funcionar a 7 TeV 28 02 2010 El LHC reanuda sus actividades haciendo circular dos haces de particulas en sentido contrario con una energia de 450 GeV por haz 19 03 2010 El LHC alcanza un nuevo record haciendo circular los dos haces de protones cada uno a 3 5 TeV 30 03 2010 El LHC inicia con exito las colisiones de particulas a 7 TeV 3 5 TeV por haz Se mantendria asi hasta finales de 2011 para realizar los ajustes necesarios para ponerlo a funcionar a toda potencia 14 TeV 18 09 2010 Se clausura la junta de miembros del CERN anunciandose que se pospondra el experimento a 14 TeV para 2016 08 11 2010 El Gran Colisionador de Hadrones LHC recreo con gran exito un mini Big Bang provocado por el choque de iones segun anuncio el Centro Europeo de Fisica Nuclear CERN por sus siglas en frances 04 07 2012 El 4 de julio de 2012 se presentaron en el CERN los resultados preliminares de los analisis conjuntos de los datos tomados por el LHC en 2011 y 2012 Los dos principales experimentos del acelerador ATLAS y CMS anunciaron la observacion de una nueva particula compatible con el boson de Higgs con una masa de unos 125 GeV c2 13 09 2012 Tienen lugar por primera vez en el LHC colisiones entre protones e iones de plomo 13 02 2013 Se para el colisionador durante 20 meses para emprender diversas obras de reparacion y mejoras 07 03 2015 Pruebas de funcionamiento en la Segunda Puesta en Marcha envian protones hacia los detectores LHCb y ALICE 05 04 2015 Ambos haces circularon en el colisionador Cuatro dias mas tarde se logro un nuevo record de energia 6 5 TeV por proton 20 05 2015 Colisionan en el LHC dos haces de protones a una energia record de 13 TeV 03 06 2015 Inicio de la entrega de los datos de fisica despues de casi dos anos fuera de servicio para la nueva puesta en marcha 04 11 2015 Fin de colisiones de protones en el ano 2015 e inicio de los preparativos para las colisiones de iones 25 11 2015 Colisiones de los primeros iones en una energia record de mas de 1 PeV 1015 eV 13 12 2015 Fin de la colisiones de iones de 201523 04 2016 Comienza la toma de datos del ano 201620 06 2016 El LHC alcanza una luminosidad de 1 0 x 1034 cm 2 s 1 su valor de diseno Otras mejoras durante el ano aumentaron la luminosidad a un 40 por encima del valor de diseno 29 02 2017 El Gran Colisionador de Hadrones vuelve a su funcionamiento y el equipo utilizara experimentos para probar nuevos ajustes opticos lo que proporciona el potencial para una luminosidad aun mayor de 45 fb 1 y mas colisiones Durante las primeras semanas solamente unos pocos racimos de particulas estaran circulando en el LHC para depurar y validar la maquina Los racimos aumentaran gradualmente durante las proximas semanas hasta que haya suficientes particulas en la maquina para comenzar las colisiones y comenzar a recopilar datos fisicos 18 04 2017 Nuevos resultados largamente esperados sobre una decadencia particular de mesones B0 producidos en el Gran Colisionador de Hadrones 24 05 2017 Comienzo de las colisiones proton proton 2017 Durante 2017 la luminosidad aumento al doble de su valor de diseno 10 11 2017 Fin del periodo regular de colisiones proton proton 2017 17 04 2018 Comienzo de las colisiones proton proton 2018 12 11 2017 Final de las operaciones de protones de 2018 en el CERN 3 12 2018 Prueba de colisiones con iones de plomo de 2018 10 12 2018 Final de la colisiones de iones de plomo de 2018 Fin de la operacion de fisica de 2018 e inicio de la Segunda Gran Parada Hallazgos y descubrimientos EditarUn enfoque inicial de la investigacion fue investigar la posible existencia del boson de Higgs una parte clave del Modelo estandar de la fisica de particulas que se predice por la teoria pero que aun no se habia observado antes debido a su gran masa y naturaleza evasiva Los cientificos del CERN estimaron que si el Modelo Estandar fuera correcto el LHC produciria varios bosones de Higgs cada minuto permitiendo a los fisicos finalmente confirmar o refutar la existencia del boson de Higgs Ademas el LHC permitio la busqueda de particulas supersimetricas y otras particulas hipoteticas como posibles areas aun desconocidas de la fisica subatomica 61 Algunas extensiones del modelo estandar predicen particulas adicionales como los boson bosones de calibre W y Z pesados que tambien se estima que estan al alcance de la capacidad intrinseca del LHC pero que aun estan por descubrir 108 Primera fase datos tomados de 2009 a 2013 Editar Los primeros resultados fisicos del LHC que involucraron 284 colisiones que tuvieron lugar en el detector ALICE se publicaron el 15 de diciembre de 2009 109 Se publicaron los resultados de las primeras colisiones proton proton a energias superiores a las colisiones proton antiproton Tevatron de Fermilab gracias a la colaboracion del detector CMS a principios de febrero de 2010 produciendo un conjunto de hadrones cargados mayor de lo previsto 110 Despues del primer ano de recopilacion de datos gracias a las colisiones experimentales del LHC se comenzaron a publicar los resultados preliminares sobre busquedas de una nueva fisica mas alla del Modelo Estandar en las colisiones proton proton 111 112 113 114 No se detecto evidencia de nuevas particulas en los datos recopilados en 2010 Como resultado se establecieron limites en el espacio de parametros permitido de varias extensiones del Modelo estandar como los modelos con grandes dimensiones adicionales o versiones restringidas del Modelo estandar supersimetrico minimo y otros 115 116 117 El 24 de mayo de 2011 se informo que el plasma quark gluon la materia mas densa que se cree que existe ademas de los agujeros negros habia podido ser creado finalmente en el LHC 118 Un diagrama de Feynman de una forma en que el boson de Higgs se puede producir en el LHC Aqui dos quarks emiten cada uno un boson W o Z que se combinan para formar un boson de Higgs neutral Entre julio y agosto de 2011 los resultados de las busquedas del boson de Higgs y de otras particulas exoticas basados en los datos recopilados durante la primera mitad de la carrera de 2011 se presentaron en varias conferencias en Grenoble 119 y Bombay 120 En la ultima conferencia se informo que a pesar de los indicios de una senal del boson de Higgs en datos anteriores los detectores ATLAS y CMS excluyen con un nivel de confianza del 95 utilizando el metodo CL la existencia de un boson de Higgs con las propiedades predichas por el Modelo Estandar sobre la mayor parte de la region con una masa entre 145 y 466 GeV 121 Las busquedas de nuevas particulas tampoco produjeron senales lo que permitio restringir aun mas el espacio de parametros de varias extensiones del Modelo Estandar incluyendo sus extensiones supersimetricas 122 123 El 13 de diciembre de 2011 el CERN informo que el boson de Higgs predicho por el Modelo Estandar si existia era mas probable que tuviera una masa restringida en el rango de 115 130 GeV Tanto los detectores CMS como ATLAS tambien habian mostrado picos de intensidad en el rango de 124 125 GeV consistentes con el ruido de fondo o con la observacion del boson de Higgs 124 El 22 de diciembre de 2011 se informo que se habia observado una nueva particula compuesta el estado del bottomonio x b 3P 125 El 4 de julio de 2012 los equipos de CMS y ATLAS anunciaron el descubrimiento de un boson en la region de masas alrededor de 125 126 GeV con un valor estadistico al nivel de 5 sigma cada uno Esto cumple con el nivel formal requerido para anunciar una nueva particula Las propiedades observadas fueron consistentes con el boson de Higgs pero los cientificos fueron cautelosos en cuanto a si se identificaba formalmente como el boson de Higgs en espera de un analisis adicional 126 El 14 de marzo de 2013 el CERN anuncio finalmente la confirmacion de que la particula observada era de hecho el boson de Higgs que anteriormente se habia predicho 127 El 8 de noviembre de 2012 el equipo de LHCb informo sobre un experimento visto como una prueba esencial de las teorias de la supersimetria en fisica 128 midiendo la rarisima decadencia de un meson en dos muones Los resultados que coinciden con los pronosticados por el Modelo Estandar no supersimetrico en lugar de las predicciones de muchas ramas de la supersimetria muestran que las desintegraciones son menos comunes que en algunas formas de prediccion de la supersimetria aunque aun podrian coincidir con las predicciones de otras versiones de la teoria de la supersimetria Se explica que los resultados tal como fueron analizados inicialmente no son suficientes pero tienen un nivel de significacion relativamente alto de hasta 3 5 sigma 129 El resultado fue confirmado mas tarde mediante la colaboracion del CMS 130 En agosto de 2013 el equipo del LHCb revelo una anomalia en la distribucion angular de los productos de descomposicion del meson B que el Modelo estandar no podia predecir Esta anomalia tenia una certeza estadistica de 4 5 sigma justo por debajo de 5 sigma que era necesario para ser reconocido oficialmente como un descubrimiento Se desconoce cual es la causa de esta anomalia aunque se ha sugerido que el boson Z puede ser un posible candidato como origen del mismo 131 El 19 de noviembre de 2014 el experimento LHCb anuncio el descubrimiento de dos nuevas particulas subatomicas pesadas 3 b y 3 b Ambos son bariones que se componen de tres quarks un bottom un down y un strange Son estados excitados de fondo del conocido como Barion Xi 132 133 La colaboracion de LHCb ha observado multiples hadrones exoticos posiblemente pentaquarks o tetraquarks entre los datos obtenidos en el desarrollo de la Fase 1 El 4 de abril de 2014 la colaboracion confirmo la existencia del candidato al tetraquark Z 4430 con una probabilidad de mas de 13 9 sigma 134 135 El 13 de julio de 2015 se informaron resultados consistentes con los estados del pentaquark en la descomposicion de los bariones Lambda inferiores L 0 b 136 137 138 El 28 de junio de 2016 se anuncio la existencia de cuatro particulas de tipo tetraquark que se descomponen en un meson J ps y f solo una de las cuales estaba predicha y bien establecida con anterioridad X 4274 X 4500 y X 4700 y X 4140 139 140 En diciembre de 2016 el detector ATLAS permitio presentar una medicion de la masa del boson W investigando la precision de los analisis realizados en el Tevatron 141 Segunda Fase 2015 2018 Editar En la conferencia EPS HEP en julio de 2015 los investigadores presentaron las primeras medidas de seccion transversal obtenidas gracias a varias particulas con las energias de colision mas altas conseguidas hasta ese momento El 15 de diciembre de 2015 los experimentos ATLAS y CMS informaron de una serie de resultados preliminares para busquedas concretas de fisica elemental de particulas supersimetria SUSY de Higgs y busquedas exoticas utilizando datos de colision de protones de 13 TeV Ambos experimentos vieron un exceso moderado alrededor de 750 GeV en el espectro de masa invariante de dos fotones 142 143 144 pero los experimentos no confirmaron la existencia de la particula hipotetica en un informe de agosto de 2016 145 146 147 En julio de 2017 se mostraron muchos analisis basados en el gran conjunto de datos recopilados en 2016 Las propiedades del boson de Higgs se estudiaron con mas detalle y se mejoro la precision de muchos otros resultados 148 Actualizacion planificada de alta luminosidad EditarDespues de algunos anos de operatividad cualquier experimento de fisica de particulas generalmente comienza a sufrir rendimientos decrecientes a medida que los resultados clave que alcanza el dispositivo comienzan a completarse en los anos posteriores de operacion se descubren proporcionalmente menos que en los anos anteriores Una solucion habitual es actualizar los dispositivos involucrados aumentando la energia de colision en la luminosidad o detectores mejorados Ademas de un posible aumento hasta 14 TeV en la energia de colision Una actualizacion de luminosidad del LHC llamada el Gran Colisionador de Hadrones de Alta Luminosidad comenzo en junio de 2018 lo cual aumentara el potencial del acelerador para nuevos descubrimientos en fisica a partir de 2027 149 La actualizacion tiene como objetivo aumentar la luminosidad del conjunto en un factor de 10 hasta 1 035 c m 2 s 1 displaystyle cm 2 s 1 brindando una mejor oportunidad de ver procesos poco comunes y mejorando las mediciones estadisticamente marginales Seguridad en el proceso de colisionar particulas EditarLos experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones despertaron el temor de que las colisiones de particulas pudieran producir fenomenos del dia del juicio final que implican la produccion de agujeros negros microscopicos estables o la creacion de particulas hipoteticas llamadas extranas 150 Dos revisiones de seguridad encargadas por el CERN examinaron estas preocupaciones y concluyeron que los experimentos en el LHC no presentan ningun peligro y que no hay motivos para preocuparse 151 152 153 una conclusion respaldada por la American Physical Society 154 Los informes tambien senalaron que las condiciones fisicas y los eventos de colision que existen en el LHC y experimentos similares ocurren de manera natural y rutinaria en el universo sin consecuencias peligrosas 152 incluyendo la entrada desde el espacio de rayos cosmicos de ultra alta energia que impactan en la Tierra con energias mucho mas altas que los de cualquier colisionador artificial Alarmas sobre posibles catastrofes Editar Desde que se proyecto el Gran Colisionador Relativista de Iones RHIC el estadounidense Walter Wagner y el espanol Luis Sancho 155 denunciaron ante un tribunal de Hawai al CERN y al Gobierno de Estados Unidos afirmando que existe la posibilidad de que su funcionamiento desencadene procesos que segun ellos serian capaces de provocar la destruccion de la Tierra Sin embargo su postura es rechazada por la comunidad cientifica ya que carece de cualquier respaldo cientifico que la apoye Los procesos catastroficos que denuncian son 156 La formacion de un agujero negro estable La formacion de materia extrana supermasiva tan estable como la materia ordinaria La formacion de monopolos magneticos previstos en la teoria de la relatividad que pudieran catalizar el decaimiento del proton La activacion de la transicion a un estado de vacio cuantico A este respecto el CERN ha realizado estudios sobre la posibilidad de que se produzcan acontecimientos desastrosos como microagujeros negros 157 inestables redes o disfunciones magneticas 158 La conclusion de estos estudios es que no se encuentran bases fundadas que conduzcan a estas amenazas 159 160 Resumiendo En el hipotetico caso de que se creara un agujero negro seria tan infinitamente pequeno que podria atravesar la Tierra sin tocar ni un solo atomo ya que el 95 de estos son espacios vacios Debido a esto no podria crecer y alcanzaria el espacio exterior donde su probabilidad de chocar contra algo y crecer es aun mas pequena El planeta Tierra esta expuesto a fenomenos naturales similares o peores a los que seran producidos en el LHC Los rayos cosmicos alcanzan continuamente la Tierra a velocidades y por tanto energias enormes incluso varios ordenes de magnitud mayores a las producidas en el LHC El Sol debido a su tamano ha recibido 10 000 veces mas Considerando que todas las estrellas del universo visible reciben un numero equivalente se alcanzan unos 1031 experimentos como el LHC y aun no se ha observado ningun evento como el postulado por Wagner y Sancho Durante la operacion del colisionador de iones pesados relativistas RHIC en Brookhaven EE UU no se ha observado ni un solo strangelet La produccion 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 Estos argumentos no impidieron que hubiera revueltas e incluso un suicidio por temor al fin del mundo cuando LHC lanzo su primera particula el 10 de septiembre de 2008 161 Cultura popular EditarEl Gran Colisionador de Hadrones ha obtenido una considerable atencion fuera de la comunidad cientifica y su progreso es seguido por la mayoria de los medios cientificos populares El LHC tambien ha inspirado obras de ficcion que incluye novelas series de television videojuegos y peliculas El Gran Hadron Rap de la empleada del CERN Katherine McAlpine 162 supero los 7 millones de visitas en YouTube 163 164 La banda Les Horribles Cernettes fue fundada por mujeres del CERN El nombre fue elegido para tener las mismas iniciales que el LHC 165 166 Las reparaciones mas complejas del Mundo de National Geographic Channel de su temporada 2ª 2010 Episodio 6 Atom Smasher cuenta la sustitucion de la ultima seccion de imanes superconductores en la reparacion del colisionador de enfriamiento despues del incidente de 2008 El episodio incluye imagenes reales desde la instalacion de reparacion hasta el interior del colisionador y explicaciones de la funcion la ingenieria y el proposito del LHC 167 El Gran Colisionador de Hadrones fue el centro de atencion de la pelicula estudiantil Decay de 2012 la cual se filmo en los tuneles de mantenimiento del CERN 168 El largometraje documental Particle Fever sigue a los fisicos experimentales del CERN que realizan los experimentos asi como a los fisicos teoricos que intentan proporcionar un marco conceptual para los resultados del LHC Gano el Sheffield International Doc Festival en 2013 Ficcion Editar La novela Angeles y demonios de Dan Brown trata sobre la antimateria creada en el LHC para ser utilizada en un arma contra el Vaticano En respuesta el CERN publico Realidad o ficcion pagina que discute la precision de la representacion del libro respecto al LHC al CERN y a la fisica de particulas en general 169 La version cinematografica del libro tiene imagenes filmadas en el lugar del colisionador durante uno de los experimentos en el LHC El director Ron Howard se reunio con expertos del CERN en un esfuerzo por hacer que la ciencia en la historia de la pelicula sea lo mas precisa posible 170 En la serie de novelas visuales manga anime Steins Gate SERN un error ortografico deliberado del CERN se habla de una organizacion que utiliza los agujeros negros en miniatura creados a partir de experimentos en el LHC para experimentar viajes en el tiempo y dominar el mundo Tambien participa en la vigilancia masiva a traves del proyecto ECHELON y tiene conexion con muchos grupos de mercenarios en todo el mundo para evitar la creacion enemigas de otras maquinas del tiempo La novela FlashForward de Robert J Sawyer implica la busqueda del boson de Higgs en el LHC El CERN publico una pagina de Ciencia y Ficcion entrevistando a Sawyer y fisicos sobre el libro y en la serie de television basada en este 171 Vease tambien EditarHadron DESY Fermilab Boson de Higgs uno de los entes mas buscados con el GCH LHC Microagujero negro probablemente se puedan sintetizar en el GCH Observatorio Pierre Auger Compact Linear Collider Future Circular Collider International Linear Collider Very Large Hadron ColliderReferencias Editar a b c The Large Hadron Collider CERN Joel Achenbach March 2008 The God Particle National Geographic Magazine Consultado el 25 de febrero de 2008 Highfield Roger 16 de septiembre de 2008 Large Hadron Collider Thirteen ways to change the world The Daily Telegraph London Consultado el 10 de octubre de 2008 CERN LHC sees high energy success BBC News 30 de marzo de 2010 Consultado el 30 de marzo de 2010 a b LHC to run at 4 TeV per beam in 2012 Media and Press Relations CERN 13 de febrero de 2012 a b Jonathan Webb 5 de abril de 2015 Large Hadron collider restarts after pause BBC Consultado el 5 de abril de 2015 O Luanaigh Cian Proton beams are back in the LHC CERN Consultado el 24 de abril de 2015 Rincon Paul 3 de junio de 2015 Large Hadron Collider turns on data tap Consultado el 28 de agosto de 2015 Webb Jonathan 21 de mayo de 2015 LHC smashes energy record with test collisions Consultado el 28 de agosto de 2015 Missing Higgs CERN 2008 Consultado el 10 de 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