Una rara visita al LHC: esquivando la radiación para ver de cerca la historia científica

Una rara visita al LHC: esquivando la radiación para ver de cerca la historia científica

CESSY, Francia—A medida que atravesamos pequeños pueblos en el este de Francia, algunos por segunda vez, se hace cada vez más evidente que mi guía se ha perdido. Tiene una pila de mapas de Google Maps impresos, pero, sin una indicación clara de dónde estamos realmente, es difícil saber en qué parte de la pila debe mirar.

Finalmente, al otro lado de un maizal, ve un edificio que parece fuera de lugar. Aparentemente, alguien arrancó esta estructura de un parque de oficinas en Nueva Jersey y la arrojó a Francia. En poco tiempo, subimos a un ascensor y salimos a una escena que no parecería fuera de lugar en una película de ciencia ficción. Una pila de componentes electrónicos del tamaño de un edificio domina la caverna subterránea que tenemos ante nosotros, y este artilugio tiene un nombre igualmente científico: el solenoide compacto de muones.

Mejor conocido por ayudar al físico Peter Higgs a ganar su Premio Nobel por el descubrimiento del bosón de Higgs, el CMS es uno de los dos detectores de partículas de propósito general construidos en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, que se extiende desde Suiza hasta Francia. Normalmente, cuando el LHC está funcionando, las cámaras que albergan los detectores experimentan una intensa radiación; los sistemas de seguridad mantienen fuera a casi cualquier persona (y por una buena razón).

Pero durante dos años, el edificio no se ha utilizado para la física. En su lugar, se realizaron reparaciones físicas y actualizaciones en todos los detectores, así como en el propio LHC. Hace poco más de un año, cuando el LHC se apagó y se desarmó parcialmente, tuve la suerte de que me invitaran bajo tierra para ver sus enormes detectores y caminar por los vastos túneles que albergan al propio acelerador de partículas.

El CERN inicialmente tenía como objetivo marzo de 2015 para el regreso de los protones al LHC, pero todo el mundo conoce el dicho sobre los mejores planes. De acuerdo a Naturaleza, los restos de metal en una caja de diodos causaron el retraso más reciente. Significaba que después de una pausa planificada de dos años, el equipo detrás del LHC tuvo que arreglar un último cortocircuito antes de un regreso triunfal. A fines de marzo, enviaron una descarga eléctrica para quemar el metal problemático y las pruebas de seguimiento confirmaron que la solución funcionó.

Hoy, el LHC finalmente se prepara para su segunda gran campaña científica. En vísperas de su regreso, le ofrecemos una rara mirada al interior.

CMS

Carl Vuosalo de la Universidad Estatal de Ohio nos ayudó a mostrarnos el CMS, pero primero tuvo que guiarnos más allá de la seguridad más alta que jamás haya experimentado. Para hacer esto, pasó por un sistema de seguridad de escaneo de retina que simultáneamente verificó su peso (presumiblemente para evitar que alguien con un globo ocular incorpóreo se abriera paso a través del sistema). Lo logré solo gracias al ingenio de Vuosalo. Abrió una puerta para la entrega de material, haciéndome pasar como si fuera un envío de UPS.

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Aunque el LHC se ha cerrado, el equipo ha hecho de la seguridad su principal prioridad. Dieron conferencias sobre protocolo; me dieron un casco. Resulta que el mayor riesgo de muerte en el LHC es la asfixia. El helio líquido (120 toneladas, más 10.000 toneladas de nitrógeno líquido) enfría el hardware del acelerador, mientras que muchas partes de los detectores gigantes dependen del argón líquido para rastrear partículas a través de ellos. Cualquiera de estos se convertirá felizmente en gas si se libera de sus contenedores. Además, el sistema de extinción de incendios podría llenar con espuma toda la cámara en la que se encuentra el CMS en menos de un minuto.

Dice un paquete o empaquetar. A pesar de su nombre, nadie llamaría compacto al CMS. Mide más de 20 metros de largo y 15 metros de ancho, pesa alrededor de 14.000 toneladas y la cámara en sí es considerablemente más grande. Esto se debe a que el espacio debe ser lo suficientemente grande para permitir que el detector ingrese piezas. Las cuadrillas bajaron el detector al sitio en secciones, y las secciones actualmente estaban separadas para permitir que los trabajadores dieran servicio a los detectores individuales. A pesar de la inmensa masa, CMS se desarma mientras flota sobre un colchón de aire. Los tubos permiten empujar aire comprimido debajo de los pies del detector, levantándolo lo suficiente para que sus partes principales puedan deslizarse alrededor de la cámara. Vuosalo dijo que el ruido involucrado es ensordecedor incluso varios pisos por encima del piso del dormitorio.

  • El edificio que alberga CMS. Si bien el reflejo de las montañas cercanas es agradable, no hay nada particularmente emocionante en el edificio en sí.

    Juan Timmer

  • En el interior, sin embargo, hay indicios de que la emoción tuvo lugar en la escena.

    Juan Timmer

  • A medida que nos adentrábamos más en el edificio, los racks de servidores insinuaban un poco el negocio en curso.

  • Luego vino la seguridad, incluido un escáner de iris (cuadro gris a la derecha de la puerta).

    Juan Timmer

  • Si la seguridad no fue suficiente para asustarlo, algunas de las señales de advertencia podrían hacerlo.

  • ¿Qué significa este símbolo de advertencia internacional? Si acertó «asfixia», concédase 10 puntos.

    Juan Timmer

  • Si era lo suficientemente valiente como para superar las advertencias, las enormes placas de hierro que dan forma al campo magnético de CMS eran una de las recompensas.

  • En el otro lado de las placas, la electrónica de la punta del detector parecía sacada de la Estrella de la Muerte.

    Juan Timmer

  • Un primer plano muestra los enormes paquetes de cables que sacan los datos del detector.

  • Para tener una idea de la escala, el CERN ha colocado convenientemente a los humanos cerca del hardware del detector.

    Juan Timmer

  • Los trabajadores revisaron varias partes del detector CMS durante nuestra visita.

  • Aquí, un ascensor lleva a las personas cerca de la parte superior del detector para comprobar algunos de los componentes electrónicos.

    Juan Timmer

  • Al otro lado de la habitación, se veían algunos de los equipos de manejo de líquidos y gases.

    Juan Timmer

  • Algunos de los equipos de manejo de líquidos utilizados durante las actualizaciones y el mantenimiento eran un poco informales.

    Juan Timmer

  • Aquí, algunos trabajadores están instalando parte del hardware que dejaron cuando descendieron, presumiblemente con fines de prueba.

Hasta cierto punto, el compromiso produjo el CMS. Durante el primer desarrollo del sitio, el equipo descubrió las ruinas de un pueblo romano. Esto ralentizó las cosas y una fuga de agua a través de la roca circundante ralentizó aún más las cosas. Como resultado, la caverna inicialmente no podía acomodar el detector. En cambio, el equipo construyó todo en la superficie y luego lo bajó a su casa en secciones (ATLAS, el otro detector de propósito general, se ensambló en el sitio). Vuosalo dice que «recortaron el presupuesto de construcción» como efecto secundario.

Sin embargo, con el largo tiempo de inactividad, el LHC puede hacer correcciones. Aunque la electrónica está «una muesca por debajo del nivel del espacio», la más cercana al lugar de la colisión tiene una vida útil de cinco años. Deben ser reemplazados.

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El detector en sí es un poco como una cebolla, con una estructura en capas. Las capas más internas albergan detectores de partículas basados ​​en silicio, que tienen una resolución espacial muy alta. Fuera de estos hay un calorímetro, que mide las energías transportadas por electrones y fotones. Más allá de eso, los imanes hacen que las partículas cargadas sigan un camino curvo a través del material, lo que facilita la identificación. Grandes áreas del detector son placas de hierro que ayudan a dar forma a los campos magnéticos resultantes.

El siguiente es el calorímetro hadrónico, que mide la energía transportada por partículas compuestas de quarks: protones, neutrones y sus parientes más exóticos. Los detectores de muones forman el exterior, y estos se pueden mantener a distancia simplemente porque los muones son partículas relativamente estables (su vida media de 2,2 microsegundos se prolonga por la relatividad, ya que se mueven rápidamente en relación con el hardware del detector).

Siguiendo las partículas a través de los distintos detectores, es posible reproducir las huellas de todo lo que sale de una colisión y entender rápidamente algo de física. Esto se hace en los propios detectores, que tienen «disparadores» que dictan si se registran o no los datos del choque, dependiendo de si representa un comportamiento familiar o algo potencialmente interesante. De aproximadamente 40 millones de colisiones por segundo, los disparadores aseguran que se retengan aproximadamente 100, evitando que una avalancha de datos abrume todo el sistema. Incluso con este intenso filtrado, el LHC ahorra 15 000 TB de datos cada año.

Pero aparte del Higgs, ha sido difícil encontrar fenómenos interesantes. Vuosalo es parte de lo que se llama «Exotica Task Force», un equipo en busca de partículas no descubiertas previamente. Desafortunadamente, no había indicios de nada, le dijo a Ars. «Da un poco de miedo que todo lo que tenemos es el Higgs». Espera que aún no hayamos visto suficientes colisiones, que el Colisionador mejorado pretende solucionar.

Otra cosa que puso un poco nervioso a Vuosalo fue cuando un miembro de nuestro grupo vio una botella de agua colocada en medio de una pared de componentes electrónicos en el interior del detector. Murmuró por lo bajo y buscó a alguien a quien pudiera alertar de su presencia. Pero, a medida que continuamos mirando la botella, se hizo evidente que tenía algunas características inusuales: estaba conectada al detector y un pequeño tubo salía de la botella y se metía en el hardware. Finalmente, Vuosalo estuvo de acuerdo en que probablemente lo pusieron allí con fines de prueba y que no representaba una amenaza para la salud del detector.

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