Un detector de partículas en el CERN es un dispositivo utilizado para identificar y medir las propiedades de partículas subatómicas. Estos detectores son esenciales para los experimentos en física de partículas, ya que permiten a los científicos observar y analizar las colisiones de partículas a altas energías.
Recordemos que las instalaciones en Suiza del CERN (Centro Europeo para la Investigación Nuclear o Laboratorio Europeo de Física de Partículas Elementales), c reado en 1954 en Ginebra y actualmente con 22 estados miembros, son, en la actualidad el laboratorio de investigación básica más importante del mundo, con laboratorios y otras instalaciones que ocupan una superficie de aproximadamente 600 hectáreas en la región fronteriza franco-suiza próxima a Ginebra.
El CERN consta de un sistema de múltiples aceleradores de partículas (protones o núcleos de plomo) en cascada que finalizan en el LHC ( Large Hadron Collider, Gran Colisionador de Hadrones), situado a unos 100 metros bajo tierra y con una longitud de 26.659 m bajo la frontera franco-suiza. Contiene 9.300 imanes en su interior. El LHC no es solo el acelerador de partículas más grande: solo una pequeña parte de su sistema de criogenia (enfriamiento a bajas temperaturas) distribuido para refrigerar los imanes puede considerarse como el frigorífico más grande del mundo. Todos los imanes deben ser preenfriados a una temperatura de -193,2°C (80 K), usando 10.080 toneladas de nitrógeno líquido, antes de ser rellenados con cerca de 120 toneladas de helio líquido para alcanzar los -271,3°C (1.9 K).
Los protones acelerados hasta el 99,9999991 % de la velocidad de la luz (admitiendo para esta 300.000 km/s para la luz, las partículas de mueven a 299.999,9973 km/s, unos 2,7 m/s más lentos que la luz (recordemos que la velocidad de la luz es inalcanzable para oartículas con masa) . Con esa velocidad, dan unas 11.250 vueltas cada segundo.
Los núcleos de hidrógeno son acelerados progresivamente. A la vez que aumentan su velocidad, el haz de partículas es sometido a fuertes campos magnéticos para compactar el haz (beam) de partículas. Existen dos haces de partículas girando dentro del LHC en sentidos opuestos. En el momento del choque, cada haz posee una energía de 7 eV (1), lo que significa que el choque se realiza con una energía de 14 eV.
¿Qué sucede cuando los haces de partículas chocan en el LHC?
El objetivo principal de estas colisiones es recrear las condiciones del universo primitivo para estudiar partículas fundamentales como el bosón de Higgs (descubierto en 2012) y buscar nuevas partículas que podrían ampliar nuestro entendimiento de la Física. Los detectores del LHC registran los restos de estas colisiones, permitiendo a los científicos analizar los resultados y avanzar en el conocimiento de la estructura del universo.
Detectores de partículas en el CERNEl CERN contiene cuatro grandes detectores: Alice, CMS, LHCb y ATLAS
Veamos sus imágenes. Dedicaré un artículo a cada uno de los detectores.
- Detector ALICE: A Large Ion Collider Experiment; en español, Gran Experimento Colisionador de Iones.
(Obsérvese el tamaño de la figura humana en el centro del detector. ALICE, que pesa alrededor de 10.000 toneladas y mide 26 metros de largo, 16 metros de alto y 16 metros de ancho, se encuentra a 56 metros bajo tierra cerca de la aldea de St Genis-Pouilly en Francia. Este detector analiza las partículas producidas en las colisiones para entender mejor la formación y propiedades del plasma de quarks y gluones.
El CMS utiliza un imán solenoide enorme que genera un campo magnético de 4 teslas, aproximadamente 100.000 veces el campo magnético de la Tierra. Este imán es crucial para doblar las trayectorias de las partículas producidas en las colisiones.
El CMS fue construido en 15 secciones en la superficie antes de ser bajado a una caverna subterránea cerca de Cessy, Francia, y reensamblado. El detector completo mide 21 metros de largo, 15 metros de ancho y 15 metros de alto, y pesa alrededor de 14.000 toneladas.
- Detector ATLAS: Está diseñado para detectar partículas producidas en colisiones de protones a energías extremadamente altas. Su objetivo es investigar una amplia gama de fenómenos físicos, desde el estudio del bosón de Higgs hasta la búsqueda de partículas que podrían constituir la materia oscura.
Consta de seis subsistemas diferentes que están dispuestos en capas concéntricas alrededor del punto de colisión. Estos subsistemas registran la trayectoria, el momento y la energía de las partículas, permitiendo su identificación y medición precisa.
En el centro del detector, los haces de partículas colisionan a velocidades cercanas a la de la luz, produciendo más de mil millones de interacciones de partículas por segundo. Solo una de cada millón de colisiones se considera interesante y se registra para su estudio posterior.
ATLAS es el detector de partículas más grande del mundo, con unas dimensiones de 46 metros de largo y 25 metros de diámetro. Pesa alrededor de 7.000 toneladas, similar al peso de la Torre Eiffel.
- Detector LHCb: Large Hadron Collider beauty. S e especializa en estudiar las diferencias entre materia y antimateria, enfocándose en un tipo de partícula llamada "quark belleza" o "quark b". Esto ayuda a entender por qué el universo está compuesto casi exclusivamente de materia.
A diferencia de otros detectores como ATLAS y CMS, que rodean completamente el punto de colisión, LHCb utiliza una serie de subdetectores dispuestos en línea a lo largo de 20 metros. Esto permite detectar partículas que son lanzadas hacia adelante en una sola dirección.
El detector LHCb pesa alrededor de 5.600 toneladas y mide 21 metros de largo, 10 metros de alto y 13 metros de ancho.
En sucesivos artículos, escribiré sobre cada uno de los detectores.
Nota: Imágenes pertenecientes CERN.
1) Un electronvoltio, 1 eV, es la energía cinética que adquiere un electrón al ser acelerado por una diferencia de potencial de 1 voltio y equivale a 1.602176462 x 10-19 julios
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