CERN: un acelerador de partículas más grande y más potente

Con científicos de 85 países que van desde China hasta Sudamérica, el Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERN) en Ginebra (Suiza) es la instalación de investigación conjunta más grande de Europa.  Estas enormes instalaciones de aceleración sirven a físicos nucleares para producir haces de rayos para todo tipo de aplicaciones destinadas a la investigación.

Con sus 27 km de circunferencia, el mayor anillo de aceleraciones es el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), utilizado por los físicos para hacer colisionar a los protones, que posteriormente se desintegran en partículas más pequeñas. Así se descubrió aquí en 2012 la famosa "partícula de Dios": el Bosón de Higgs. Y aquí es también donde muchos científicos investigan para descubrir en qué condiciones se produjo el Big Bang que originó nuestro universo y sobre la materia oscura que contiene.

En el centro de datos del CERN se recopilan y procesan todos los datos de estos intentos de colisión, conformando una infraestructura única conectada en red con institutos de todo el mundo. Por cierto, en estas instalaciones también se inventó  la World Wide Web.

Luminosidad es la clave

Aunque ya sea una planta de enornmes dimensiones, el CERN aspira a convertirse en un centro todavía más grande con una inversión de mil millones de euros en los próximos años. Hasta 2020, ingenieros y físicos nucleares aspiran a equipar el anillo para que produzca muchas más colisiones con más energía. La clave de todo es la conocida como "High Luminosity”, es decir, alta  luminosidad.

En astronomía, se conoce con este nombre a energía irradiada en todo el espectro electromagnético en un momento determinado. En el LHC, la luminosidad es básicamente lo mismo: se libera cuando las partículas colisionan y se descomponen en los elementos que las conforman.

Aun así, la luminosidad que confiere el anillo acelerador a las partículas solo constituye una parte de la luminosidad incrementada. Hasta ahora, el LHC consiguió llegar a los 13 teraelectronvoltios  (TeV). Pero a partir de, aproximadamente, 2020, aspira a alcanzar alrededor de 14 TeV. Una vez terminada de la modernización, se deberían llegar incluso a energías que podrían llegar hasta los 16 TeV. Sin embargo, aunque esta reforma genere más luminosidad, los resultados dependerán en última instancia de las colisiones reales. Con estas mejoras técnicas su número debería aumentar considerablemente en el futuro, pudiendo llegar a multiplicar por diez la luminosidad.

Haces más precisos y paquetes rotativos de partículas

Otra de las mejoras previstas será perfeccionar la precisión de los haces de partículas. Si se guían de forma más precisa, se conseguirán más choques de protones y más colisiones. Actualmente se trabaja con haces de 16 micras de espesor, pero se espera que en el futuro la mitad sea suficiente. 

La luminosidad del sistema también se incrementa por el hecho de poner paquetes de partículas en rotación antes de la colisión mediante cavidades de resonancia conocidas como "Crab cavities”. Así, los grupos de partículas colisionan al completo contra otros y el número de colisiones aumenta significativamente, aumentando también los resultados de otras partículas más pequeñas liberadas por las colisiones. Así, los investigadores esperan que el Hi-Lumi LHC produzca hasta 15 millones de partículas de Higgs por año. A modo de comparación, en 2012, cuando el LHC confirmó por primera vez la existencia de la partícula largamente buscada, el acelerador fue capaz de producir solo 1,2 millones de estas partículas al año.

Además, también se trata de analizar otras partículas que pueden explicar el origen de nuestro universo, porque aunque todos hablen del Bosón de Higgs, generalmente estos son raros de encontrar y hay otras muchas partículas por descubrir. Hasta ahora, en el LHC se producen aproximadamente mil millones de colisiones de protones por segundo. El Hi-Lumi LHC debería conseguir cinco veces más.

Para modernizar el LHC, será necesario ampliar y reconfigurar el sistema. Por ahora, los ingenieros están instalando electroimanes superconductores aún más potentes y renovando los enormes detectores para hacer frente a energías más altas y medir de manera fiable las partículas originadas por las colisiones. También el centro de datos del CERN, tendrá que adaptarse a esta nueva tarea. En el futuro, los resultados deberán distribuirse rápidamente por todos los centros afiliados al CERN en centros de investigación y universidades de todo el mundo, donde trabajan los físicos que analizan todos estos datos.

Autor: Fabian Schmidt (JAG/CP)

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