Un gráfico proyectado en una pantalla muestra rastros de colisión de partículas, durante la Conferencia del Gran Colisionador de Hadrones en el Museo della Scienza e della Tecnica (Museo de Ciencia y Tecnología de Milán) el 20 de diciembre, 2011 en Milán, Italia. Foto de Pier Marco Tacca / Getty Images Como sabe cualquiera que tenga un cajón de trastos, hacer un seguimiento de pequeños fragmentos de material efímero es difícil. Juras que tenías chinchetas, hay que meterlas en alguna parte, ¿Derecha? ¿Junto con el pegamento? ¿O están en esa gran caja de suministros de oficina que también tiene algunos equipos de televisión viejos al azar, más las tijeras que usas para esquilar al perro todos los veranos? Y, eh, todas las fotos de tu boda también están en esa caja. ¿Quizás los seguirías mejor si estuvieran en el cajón de la basura? En ellos van.
Lidiar con todo ese lío aleatorio podría generar cierta simpatía por los físicos de la Organización Europea para la Investigación Nuclear. (Que se abrevia a CERN, en un confuso giro de los acontecimientos que tienen que ver con una traducción del francés al inglés). Los científicos del CERN son los chicos y chicas inteligentes que dirigen el Gran Colisionador de Hadrones, que abreviaremos al mucho más práctico LHC. El LHC es el gran acelerador de partículas ubicado en las profundidades del campo suizo, donde los físicos confirmaron la existencia del bosón de Higgs, una partícula subatómica que llevó a los científicos a comprender mejor cómo la materia gana masa en el universo.
La palabra clave aquí es "subatómico". Decir que los científicos del CERN están analizando las cosas a pequeña escala es quedarse corto. No solo están viendo cómo dos protones, las propias partículas subatómicas, chocan entre sí, pero también están intentando trazar los escombros subatómicos que vuelan cuando sucede. Para los no iniciados, podría parecer un cajón de basura de pequeñitos, diminuto, partículas que se mueven rápidamente ... que, además de ser tan pequeño, decaen casi más rápido de lo que puede detectarlos.
Analicemos todo ese proceso de descomposición de moscas arrojadizas para tener una idea de qué es lo que los científicos deben seguir. En el LHC, los protones corren alrededor de una pista circular a casi la velocidad de la luz. Y no solo están listos para ser comprimidos en cualquier momento. Los científicos del CERN tienen que enviar un haz de protones al LHC haciendo fluir gas hidrógeno a un duoplasmatron, que quita los electrones de los átomos de hidrógeno, dejando solo protones [fuente:O'Luanaigh].
Los protones entran en LINAC 2, el primer acelerador del LHC. LINAC 2 es un acelerador lineal, que utiliza campos electromagnéticos para empujar y tirar protones, haciendo que se aceleren [fuente:CERN]. Después de pasar por esa primera aceleración, los protones ya viajan a 1/3 de la velocidad de la luz.
Luego entran en Proton Synchrotron Booster, que consta de cuatro anillos. Grupos separados de protones corren alrededor de cada uno, mientras se acelera con pulsos eléctricos y se dirige con imanes. En este punto, marchan al 91,6 por ciento de la velocidad de la luz, y cada grupo de protones se está juntando más.
Finalmente, son lanzados al Sincrotrón de Protones, ahora en un grupo más concentrado [fuente:CERN]. En el sincrotrón de protones, los protones circulan alrededor de 2, Anillo de 060 pies (628 metros) a aproximadamente 1,2 segundos por vuelta, y alcanzan más del 99,9 por ciento de la velocidad de la luz [fuente:CERN]. Es en este punto que realmente no pueden ir mucho más rápido; en lugar de, los protones comienzan a aumentar de masa y se vuelven más pesados. Entran en el superlativo Super Proton Synchrotron, un anillo de 4 millas (7 kilómetros), donde se aceleran aún más (lo que los hace aún más pesados) para que estén listos para ser disparados hacia los tubos de haz del LHC.
Hay dos tubos de vacío en el LHC; uno tiene el haz de protones viajando en una dirección, mientras que el otro tiene un rayo que corre en sentido contrario. Sin embargo, en cuatro lados del LHC de 16,5 millas (27 kilómetros), hay una cámara de detección donde los rayos pueden cruzarse entre sí, y ahí es donde ocurre la magia de la colisión de partículas. Ese, finalmente, es nuestro cajón de desorden subatómico.
"Divertida, "podrías estar pensando". Esa es una buena historia sobre la aceleración de partículas, hermano. Pero, ¿cómo saben los físicos hacia dónde se dirigen las partículas en el acelerador? ¿Y cómo diablos son capaces de realizar un seguimiento de la colisión de escombros para estudiarla? "
Imanes yo. La respuesta son siempre imanes.
Para ser justo, en realidad es solo la respuesta a la primera pregunta. (Llegaremos al segundo en un segundo). Pero realmente gigantesco, los imanes fríos evitan que las partículas se dirijan en sentido contrario. Los imanes se convierten en superconductores cuando se mantienen a una temperatura muy baja; estamos hablando de más frío que el espacio exterior. Con los imanes superconductores, Se crea un fuerte campo magnético que dirige las partículas alrededor del LHC y, finalmente, el uno en el otro [fuente:Izlar].
Lo que nos lleva a nuestra siguiente pregunta. ¿Cómo realizan los científicos un seguimiento de las partículas que resultan del evento de colisión? "Track" en realidad se convierte en una palabra elocuente en nuestra explicación. Como puedes imaginar, los físicos no solo miran una televisión de pantalla grande, cambiando entre una exhibición de fuegos artificiales de protones y reposiciones de "Star Trek". Cuando observan carreras de protones y colisiones, la mayoría de los científicos están observando datos. (No datos). Las partículas de las que están "siguiendo el rastro" después de las colisiones no son en realidad más que rastros de datos que pueden analizar.
Uno de los detectores en realidad se llama dispositivo de seguimiento, y realmente permite a los físicos "ver" el camino que tomaron las partículas después de chocar. Por supuesto, lo que ven es una representación gráfica de la trayectoria de la partícula. A medida que las partículas se mueven a través del dispositivo de seguimiento, las señales eléctricas se registran y luego se traducen a un modelo de computadora. Los detectores calorimétricos también detienen y absorben una partícula para medir su energía, y la radiación también se utiliza para medir aún más su energía y masa, reduciendo así la identidad de una partícula en particular.
Esencialmente, así es como los científicos pudieron rastrear y atrapar partículas durante y después del proceso de aceleración y colisión cuando el LHC realizó su ejecución más reciente. Un problema sin embargo, Fue que con tantas colisiones ocurriendo por segundo - estamos hablando de miles de millones - no todos los protones aplastados fueron realmente tan interesantes. Los científicos necesitaban encontrar una manera de separar las colisiones útiles de las aburridas. Ahí es donde entran los detectores:detectan partículas que parecen interesantes, luego, ejecútelos a través de un algoritmo para ver si merecen una mirada más cercana [fuente:Phoboo]. Si necesitan un examen más detenido, los científicos se ponen manos a la obra.
Cuando el LHC se enciende de nuevo en 2015, habrá incluso más colisiones que antes (y el doble de energía de colisión) [fuente:Charley]. Cuando eso pasa, el sistema que activa un "hey, mira esta "bandera para los físicos que contará con una mejora:se realizarán selecciones más precisas para avanzar más allá de la primera etapa, y luego todos esos eventos serán analizados completamente.
Entonces, estad atentos para saber más sobre cómo los físicos están rastreando partículas en el LHC; las cosas pueden cambiar por ahí casi a la velocidad de la luz.
Gracias a Dios, los protones, a diferencia de los ratones o ratas de otros experimentos científicos, no necesitan ser alimentados ni regados. Serán miles de millones de colisiones por segundo, La física de partículas obtiene el premio por la mayoría de los datos recopilados con la menor cantidad de queso otorgada como recompensa.
