El Gran Colisionador de Hadrones es el acelerador de partículas más potente del mundo. En junio de 2015, el LHC se reinició con casi el doble de energía que cuando funcionó por primera vez en 2013. (CERN)
Hace diez años, se encendió el instrumento científico más grande del mundo y comenzó una dinastía de investigación.
El 10 de septiembre de 2008, un haz de protones fue expulsado por primera vez, orbitando el anillo de 16,5 millas (27 kilómetros) de largo del Gran Colisionador de Hadrones (LHC). y el destructor de átomos más energético jamás construido para el colisionador de hadrones más grande del mundo. El Gran Colisionador de Hadrones, ubicado en el laboratorio del CERN en las afueras de Ginebra, Suiza, fue construido para estrellar haces de protones de alta energía a casi la velocidad de la luz. El objetivo declarado es crear y descubrir el bosón de Higgs, la última pieza que falta del Modelo Estándar, nuestra mejor teoría del comportamiento de la materia subatómica. Pero el objetivo era mucho más que eso. Lo que realmente queríamos hacer era descubrir algo completamente inesperado: tan grande, tan nuevo, que significara que teníamos que reescribir los libros de texto.
Y el Gran Colisionador de Hadrones no se abrió silenciosamente. Hace semanas y meses, los medios de comunicación se llenaron de historias de terror sin aliento sobre el Gran Colisionador de Hadrones creando un agujero negro que destruiría la Tierra. Los medios de comunicación hicieron un buen trabajo refutando estas sensacionales afirmaciones, pero la historia era demasiado buena para no ser publicada ni siquiera en los medios impresos, en línea y audiovisuales más responsables.
El laboratorio del CERN donde se encuentra el Gran Colisionador de Hadrones ha decidido invitar a los medios de comunicación a presenciar la emisión del primer haz del Gran Colisionador de Hadrones. La manía de los agujeros negros aseguró la presencia de los medios. A la celebración asistieron la BBC, CNN, Reuters y más de una decena de medios de comunicación internacionales. Dejando a un lado los agujeros negros, esta es una elección peligrosa desde la perspectiva de las relaciones públicas: los aceleradores nuevos son bestias delicadas, y el Gran Colisionador de Hadrones lo es especialmente. Consta de miles de imanes y decenas de miles de fuentes de alimentación, electrónica de seguimiento, etc. El más mínimo accidente puede retrasar el primer ciclo de rayos exitoso durante días o semanas. [Foto: El acelerador de partículas más grande del mundo (LHC)
Aquella mañana se vivieron algunos momentos de tensión. Los primeros intentos fracasaron debido a algunos suministros de energía rebeldes. Sin embargo, a las 10:30 hora local, los operadores del acelerador lograron enviar un haz de protones de muy baja intensidad a través de todo el complejo. Dado que el LHC consta esencialmente de dos aceleradores (diseñados para mantener haces de luz en direcciones opuestas), el siguiente paso es guiar los haces a través de un segundo conjunto de tubos de haces. Eso sucedió poco después del primer éxito. Los medios de comunicación del mundo anunciaron fielmente este logro tecnológico. La física de partículas rara vez recibe este tipo de exposición en los medios.
A pesar de la atención mundial, lo que se logró ese día fue relativamente modesto. Se inyectan en el LHC haces de baja energía e intensidad procedentes de aceleradores de alimentación. El haz dio vueltas alrededor del anillo varias veces y tenía muy baja energía, es decir, la energía más baja para la que fue diseñado el LHC. El LHC funciona recibiendo un haz de partículas de un acelerador más pequeño y luego acelerando el haz a más de 15 veces la energía recibida. En el primer intento no hubo intención de acelerar el rayo. Basta con dar la vuelta al ring con éxito.
Además, la intensidad del haz es inferior a una diezmillonésima parte de la intensidad de diseño. En un haz de partículas, la intensidad es similar al brillo de la luz. El haz se puede hacer más intenso agregando más protones o enfocando el haz a un tamaño más pequeño. Ese día, el enfoque todavía era un objetivo para el futuro y sólo se pusieron un puñado de protones en los aceleradores. Al principio, la sincronización de la electrónica del acelerador no era del todo correcta. Así que es evidente que aún queda camino por recorrer.
Pero, pase lo que pase. Es emocionante y sin duda es un paso importante hacia la acción total. Se rompió el corcho. Demasiado champán. Toma una foto en la parte de atrás. Es un buen día y no soy el primero en llegar al CERN. Después de todo, mi interés en el LHC es utilizarlo para aplastar partículas de alta energía, donde todo el mundo sabe que no se producirán colisiones. En cambio, trabajo en Fermilab, el principal laboratorio de aceleradores de partículas de Estados Unidos y, además del CERN, el organismo de investigación más influyente que analiza datos del mecanismo del Gran Colisionador de Hadrones.
Los dos laboratorios tienen una relación fraternal y nos animamos mutuamente cuando se supera un obstáculo técnico. En Fermilab, decidimos organizar una fiesta de pijamas para científicos y la comunidad local la noche del 10 de septiembre. Esto es extraordinario. Cientos de lugareños se presentaron a las 2:00 a. m. y esperaron a que el rayo circulara exitosamente a las 4:30 a. m. hora local. Caminé y hablé con el público, con periodistas, y no pudieron convencer a los editores de que los enviaran a Europa y a otros científicos. El público aplaudió con tanta fuerza que imagino que pudieron oírlo en el CERN, a 4.400 millas al este.
Por supuesto, el éxito de la mañana del 10 de septiembre de 2008 fue muy importante, pero fueron sólo un paso hacia el resultado deseado, que era la activación del acelerador de partículas más potente de la Tierra. Para ello, es necesario probar los 1.232 imanes gigantes que rodean el LHC bajo plena corriente eléctrica. Por eso el personal del acelerador del CERN centró su atención en completar el trabajo. Aquí es donde las cosas van mal. El 22 de septiembre, los operadores estaban quitando el último conjunto de imanes y luego perforando un termo que contenía helio líquido para permitir que los imanes resistieran cuando una unión de soldadura defectuosa provocó que la barra colectora de cobre se sobrecalentara, lo que provocó que se derritiera y luego formara un arco de diez mil amperios. corriente, haciendo posible campos magnéticos potentes. [Galería: La búsqueda del bosón de Higgs en el Gran Colisionador de Hadrones]
Con ese pinchazo, se liberó helio a alta presión... creando un chorro lo suficientemente potente como para hacer estallar un cohete de 35 toneladas. Los pesados imanes empujan hacia los lados 18 pulgadas y extraiga el soporte de montaje del concreto sólido. El helio tiene una temperatura de -450 grados Fahrenheit, lo que enfría el túnel del Gran Colisionador de Hadrones durante una milla. Se tardó más de un año en reparar el daño y agregar equipo adicional a prueba de fallas.
El 27 de febrero de 2010, el personal del acelerador del Gran Colisionador de Hadrones se preparó para volver a intentarlo. Luego, durante aproximadamente una hora y media, repitieron el ejercicio, nuevamente haciendo girar la viga en la dirección opuesta. Esta vez, el intento se hizo sin avisar a los medios. El 19 de marzo, la tripulación finalmente había acelerado el haz a 3,5 veces más energía que el acelerador del récord mundial anterior, Fermi-Tewattron. Yo estaba en el CERN ese día y este logro se logró en las primeras horas del amanecer. Miré los monitores con mis compañeros, y cuando se anunció que el haz estaba estable, hubo tragos de champán, palmadas en la espalda y vítores nuevamente, esta vez sin cámaras de televisión.
A partir de ese día, el. LHC Simplemente un fenómeno científico... enviando un extraordinario haz de luz a cuatro detectores dispuestos alrededor del anillo. Los resultados científicos hasta la fecha han sido tremendos, con más de 800 publicaciones de cada uno de los dos experimentos más grandes y más de 2000 publicaciones de todo el programa de investigación.
El descubrimiento más influyente de la última década es el bosón de Higgs, la última pieza faltante del modelo estándar de física de partículas. Se anunció nuevamente a audiencias de todo el mundo el 4 de julio de 2012, cubriendo más de 1000 estaciones de televisión y llegando a mil millones de espectadores. Una vez más, el mundo compartió la emoción del descubrimiento. [6 La importancia del descubrimiento de la partícula del bosón de Higgs]
El futuro del Gran Colisionador de Hadrones es ciertamente prometedor. Aunque llevamos 10 años operando exitosamente, nuestra intención es seguir utilizando el acelerador para exploración. Actualmente, el plan es seguir funcionando durante al menos los próximos 20 años. De hecho, se estima que a finales de 2018, los experimentos del LHC habrán recogido solo el 3% de los datos registrados durante la vida útil de la instalación. A finales de 2018, el Gran Colisionador de Hadrones suspenderá sus operaciones durante dos años para realizar renovaciones y mejoras. En la primavera de 2021, reanudará sus operaciones con un detector muy mejorado. Es imposible saber qué verdades científicas se descubrirán utilizando el LHC. Eso es hacer ciencia... si supiéramos lo que íbamos a encontrar, no se llamaría investigación. Pero no hay duda de que el LHC es una joya intelectual y tecnológica, un logro con el que los investigadores del pasado sólo podían soñar. El Gran Colisionador de Hadrones puede detectar las escalas de distancia más pequeñas, las energías más altas y recrear las últimas condiciones predominantes en el universo, apenas una billonésima de segundo después del Big Bang. Es una herramienta para la exploración y el descubrimiento. Recién estamos comenzando. Será brillante.
Feliz cumpleaños, Gran Colisionador de Hadrones.
Publicado originalmente en la revista Life Sciences.
Don Lincoln es investigador de física en el Fermilab.
Es autor de The Large Hadron Collider: The Remarkable Story of the Higgs Boson and Other Stuff That Will Make Your Head Go Wrong (Johns Hopkins University Press, 2014) y ha producido una serie de vídeos educativos científicos. Síguelo en Facebook. Las opiniones expresadas en esta reseña son suyas.
Don Lincoln contribuyó con este artículo a Expert Voices de Live Science: comentarios e ideas. "