El colisionador de partículas más grande del mundo se está preparando para aplastar átomos con más fuerza que nunca. Después de una pausa de tres años de mantenimiento programado, actualizaciones y demoras por la pandemia, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) se está preparando para encenderse para su tercer período experimental, y el más poderoso hasta el momento.
Si todas las pruebas y controles iniciales a partir de este mes van bien, los científicos comenzarán los experimentos en junio y aumentarán lentamente a plena potencia a fines de julio, dijeron los expertos a Live Science. La nueva ejecución finalmente podría revelar las versiones “diestras” largamente buscadas de partículas fantasmales llamadas neutrinos, encontrar las escurridizas partículas que componen la materia oscura, que ejerce la gravedad pero no interactúa con la luz, e incluso ayudar a explicar por qué existe el universo.
“La realización de la denominada Parada Larga 2, prevista inicialmente para dos años pero ampliada en un año debido a la pandemia del COVID-19, brindó la oportunidad de desplegar las innumerables operaciones de mantenimiento, tanto preventivo como correctivo, que están necesario para operar una máquina tan compleja de 27 kilómetros de largo”, dijo a Live Science Stephane Fartoukh, físico de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), que opera el LHC. Desde 2008, el LHC ha hecho chocar átomos a velocidades increíbles para encontrar nuevas partículas, como el bosón de Higgs, una partícula elemental y la última pieza que falta en el modelo estándar que describe las fuerzas y partículas fundamentales en el universo. En la próxima tercera ejecución, las capacidades mejoradas del colisionador se centrarán en explorar las propiedades de las partículas en el modelo estándar, incluido el bosón de Higgs, y buscar evidencia de materia oscura.
Además de otras tareas, el experimento ATLAS, el detector de partículas más grande del LHC, intentará responder una pregunta que ha intrigado a los científicos durante décadas: ¿Por qué todos los neutrinos detectados hasta ahora son zurdos?
La mayoría de las partículas vienen en sabores para diestros y zurdos, que describen cómo las partículas giran y se mueven, y se cree que tienen gemelos de antimateria, que tienen la misma masa pero la carga eléctrica opuesta. En teoría, los neutrinos dextrógiros deberían existir, pero nadie ha encontrado nunca un esquivo neutrino dextrógiro, un antineutrino dextrógiro o un gemelo de antimateria de un neutrino ordinario, según Fermilab. ATLAS estará a la caza de un pariente izquierdo propuesto para el neutrino llamado leptón neutral pesado, según un comunicado de la Colaboración ATLAS.
“Estoy emocionada de obtener datos nuevamente y ver lo que podemos ver en las diferentes búsquedas”, dijo Rebeca González Suárez, física del CERN, coordinadora de educación y divulgación de la Colaboración ATLAS y profesora asociada en la Universidad de Uppsala en Suecia a Live Science. “Tal vez haya una sorpresa allí”.
La próxima ejecución del LHC también presentará dos nuevos experimentos de física: el detector de dispersión y neutrinos (SND) y el experimento de búsqueda directa (FASER). FASER utilizará un detector ubicado a 480 metros del lugar de la colisión para el experimento ATLAS, con el objetivo de recolectar partículas exóticas desconocidas que pueden viajar largas distancias antes de descomponerse en partículas detectables, por ejemplo, partículas masivas que interactúan débilmente y que apenas interactúan con la materia y podría formar materia oscura.
El subdetector de FASER, FASERν y SND tendrán como objetivo detectar neutrinos de alta energía, que se sabe que se producen en el lugar de la colisión pero nunca se han detectado. Tales detecciones ayudarán a los científicos a comprender estas partículas con mayor detalle que nunca.
Y también pueden abordar otro enigma. Se cree que la materia y la antimateria se produjeron en cantidades iguales en el Big Bang. En teoría, eso significa que deberían haberse aniquilado al contacto, sin dejar nada atrás. Sin embargo, nuestro universo existe y es principalmente materia.
“Estos dos experimentos intentan resolver algunos de los mayores acertijos de la física, como la naturaleza de la materia oscura, el origen de las masas de neutrinos y el desequilibrio entre la materia y la antimateria en el universo actual”, dijo Fartoukh a Live Science por correo electrónico.
Las nuevas actualizaciones permitirán que el LHC aplaste partículas con más fuerza que nunca, hasta una energía de 6,8 teraelectronvoltios, un aumento sobre el límite anterior de 6,5 teraelectronvoltios, lo que podría permitir que el LHC vea nuevos tipos de partículas. El LHC también aplastará átomos con mayor frecuencia, lo que debería facilitar a los científicos la búsqueda de partículas poco comunes que rara vez se producen durante las colisiones.
Las actualizaciones del detector del LHC permitirán que sus instrumentos recopilen datos de alta calidad sobre este nuevo régimen energético. Pero mientras que los experimentos del LHC entregarán terabytes de datos cada segundo, solo se puede guardar y estudiar una fracción. Por eso, los científicos del CERN han mejorado los sistemas automatizados que primero procesan los datos y seleccionan los eventos más interesantes para ser guardados y luego estudiados por los científicos.
“[LHC] produce 1.700 millones de colisiones por segundo. Es imposible mantener todos esos datos, por lo que debemos tener una estrategia para elegir los eventos que creemos que son interesantes”, dijo González Suárez a Live Science. “Para eso, usamos partes específicas de nuestro hardware que envían señales cuando algo parece interesante”.
La tercera ejecución está programada para durar hasta finales de 2025. Los científicos ya están discutiendo la próxima ronda de actualizaciones que se implementarán después de la ejecución 3 para la fase de alta luminosidad del LHC, que aumentará aún más la cantidad de colisiones y energías simultáneas, y mejorará sensibilidades del instrumento.
Fuente: Live Science.
