El mayor acelerador de part¨ªculas se actualiza para quintuplicar las colisiones

El acelerador de part¨ªculas que permiti¨® descubrir el bos¨®n de Higgs atraviesa la mayor renovaci¨®n de sus 10 a?os de historia. En junio comenzaron las obras en Suiza para actualizar el Gran Colisionador de Hadrones, o LHC, a su futura versi¨®n, llamada LHC de Alta Luminosidad, o HiLumi LHC. El objetivo es prolongar la vida ¨²til del acelerador y aumentar entre cinco y siete veces su luminosidad, es decir, la frecuencia de las colisiones entre protones, que hasta ahora era de unas 1.000 millones cada segundo. Con la mejora, los investigadores del Laboratorio Europeo de F¨ªsica de Part¨ªculas (CERN) podr¨¢n observar fen¨®menos f¨ªsicos muy infrecuentes y afinar la precisi¨®n de los resultados conocidos.

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¡°Es muy preocupante que no sepamos lo que es la energ¨ªa oscura¡±

El LHC descubre el pentaquark

El LHC produce, de media, un bos¨®n de Higgs por cada diez mil millones de colisiones prot¨®n-prot¨®n. Esto se traduce en un bos¨®n de Higgs cada diez segundos, m¨¢s o menos. Aunque pueda parecer r¨¢pido, hizo falta recoger datos durante m¨¢s de un a?o para confirmar el descubrimiento de esa part¨ªcula. El HiLumi LHC, que se prev¨¦ estar¨¢ listo desde 2026, generar¨¢ datos a una velocidad sin precedentes, lo cual permitir¨¢ investigar las propiedades del bos¨®n de Higgs y acelerar los descubrimientos en las pr¨®ximas d¨¦cadas.

En los 12 a?os posteriores a la renovaci¨®n, se espera que el acelerador acumule unas 10 veces m¨¢s datos que en sus primeros 12 a?os de funcionamiento. ¡°Es como estar en una habitaci¨®n, y en vez de recibir la luz de una bombilla de 100 vatios, de repente se enciende una bombilla de 1.000 vatios; se ve todo mucho mejor¡±, dice Lucio Rossi, el director del proyecto HiLumi LHC.

Con la actualizaci¨®n, se ver¨¢n beneficiados los experimentos que lleva a cabo el laboratorio para investigar f¨ªsica m¨¢s all¨¢ del modelo est¨¢ndar (la teor¨ªa que describe las part¨ªculas elementales conocidas y sus interacciones). Un ¨¢rea de especial inter¨¦s en CERN es el estudio de la supersimetr¨ªa, un principio no demostrado que sugiere la existencia de nuevas part¨ªculas pesadas por cada una de las part¨ªculas elementales conocidas. Si los cient¨ªficos demuestran su validez, esta teor¨ªa justificar¨ªa la ligereza de la masa del bos¨®n de Higgs, permitir¨ªa la unificaci¨®n de las fuerzas f¨ªsicas e incluso podr¨ªa explicar la naturaleza de las part¨ªculas que forman la misteriosa materia oscura. El colisionador de part¨ªculas tambi¨¦n se emplea para comprobar si los quarks ¡ªque componen la materia visible¡ª pueden estar hechos de algo m¨¢s elemental a¨²n, y hay planes para probar teor¨ªas sobre la existencia de otras dimensiones.

Para aumentar la luminosidad del acelerador circular, los ingenieros de CERN van a sustituir componentes en un tramo de 1.200 metros del aparato, que tiene una circunferencia total de 27 kil¨®metros. En el LHC, dos haces de protones circulan casi a la velocidad de la luz en sentidos opuestos para encontrarse en uno de los cuatro puntos de colisi¨®n, donde est¨¢n instalados los detectores de part¨ªculas (CMS, Alice, Atlas y LHCb). Entre los nuevos componentes, se estrenan 24 imanes superconductores cuadrupolo que concentran los haces de protones en los lugares de interacci¨®n para incrementar las colisiones. Adem¨¢s, por primera vez el acelerador incluir¨¢ 16 cavidades de radiofrecuencia, cuyo prop¨®sito es inclinar los haces justo antes de la colisi¨®n para que choquen de frente y no de forma oblicua como lo hac¨ªan hasta ahora.

Adem¨¢s de los imanes cuadrupolo y de las cavidades de radiofrecuencia, los t¨¦cnicos tambi¨¦n instalar¨¢n cuatro imanes superconductores dipolo, que se encargan de curvar la trayectoria de los haces. Estos aparatos se fabrican en CERN con la misma tecnolog¨ªa que los nuevos imanes cuadrupolo: una innovadora aleaci¨®n de niobio y esta?o que es bastante fr¨¢gil pero alcanza un campo magn¨¦tico uniforme elevado, necesario para dirigir los haces enriquecidos de protones.

Las obras de ingenier¨ªa han comenzado por la parte suiza del complejo, cerca de la localidad de Meyrin, pero el trabajo continuar¨¢ tambi¨¦n por un punto en el lado franc¨¦s del laboratorio. En la primera fase se construir¨¢n edificios de ventilaci¨®n y de equipamiento el¨¦ctrico, adem¨¢s de nuevas galer¨ªas subterr¨¢neas para albergar instrumentos lejos de la radiaci¨®n que emite el anillo principal. El acelerador de part¨ªculas continuar¨¢ funcionando durante las obras excepto en dos paradas t¨¦cnicas largas programadas, durante las cuales se llevar¨¢n a cabo las tareas de mantenimiento habituales y se instalar¨¢n los nuevos componentes para la actualizaci¨®n a alta luminosidad.

Bruno Mart¨ªn?forma parte del proyecto europeo?Elusives, que aborda el estudio de neutrinos, materia oscura y f¨ªsica m¨¢s all¨¢ del modelo est¨¢ndar (H2020-MSCA-ITN-2015//674896-Elusives).