Conoce cómo participar en el CERN
A vista de pájaro del LHC
(Crédito: CERN)
El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) es, con mucho, el acelerador de partículas más potente construido hasta la fecha. Tras una actualización, el LHC funciona ahora con una energía 7 veces superior a la de cualquier máquina anterior. El LHC tiene su sede en el laboratorio europeo de física de partículas CERN, cerca de Ginebra (Suiza). El CERN es el mayor laboratorio del mundo y se dedica a la búsqueda de la ciencia fundamental.
El LHC permite a los científicos reproducir las condiciones que existían en una milmillonésima de segundo después del Big Bang mediante la colisión de haces de protones o iones de alta energía a velocidades colosales, cercanas a la velocidad de la luz. Este fue el momento, hace unos 13.700 millones de años, en que se cree que el Universo comenzó con una explosión de energía y materia. Durante estos primeros momentos surgieron todas las partículas y fuerzas que dan forma a nuestro Universo, definiendo lo que ahora vemos.
Evolución del Universo tras el Big Bang
(Crédito: CERN)
El LHC es exactamente lo que su nombre sugiere: un gran colisionador de hadrones (cualquier partícula formada por quarks). Estrictamente, el LHC se refiere al colisionador; una máquina que merece el calificativo de «grande», ya que no sólo pesa más de 38.000 toneladas, sino que se extiende a lo largo de 27 km en un túnel circular a 100 metros bajo tierra. Las partículas son impulsadas en dos haces que recorren el LHC a velocidades de 11.000 circuitos por segundo, guiados por enormes imanes superconductores. A continuación, estos dos haces se cruzan y algunas de las partículas chocan frontalmente entre sí.
Sin embargo, el colisionador es sólo una de las tres partes esenciales del proyecto LHC. Las otras dos son:
Mantenimiento en la línea de luz del LHC
(Crédito: CERN)
- Los detectores
Cada uno de los cuatro detectores principales se sitúa en enormes cámaras alrededor del anillo del LHC para detectar los resultados de la colisión de las partículas. ATLAS, ALICE, CMS y LHCb. - Worldwide LHC Computing Grid (WLCG)
Una red global de ordenadores y software que es esencial para procesar las masas de datos registradas por todos los detectores del LHC.
El LHC tiene un alcance verdaderamente global porque el proyecto LHC cuenta con el apoyo de una enorme comunidad internacional de científicos e ingenieros. Trabajando en equipos multinacionales de todo el mundo, están construyendo y probando equipos y software, participando en experimentos y analizando datos. El Reino Unido desempeña un papel fundamental en el proyecto y cuenta con científicos e ingenieros que trabajan en todos los experimentos principales.
En el Reino Unido, ingenieros y científicos de 20 centros de investigación participan en el diseño y la construcción de equipos y en el análisis de datos. Los investigadores británicos participan en los cuatro detectores principales y en el ordenador GRID. El personal británico con sede en el CERN desempeña un papel destacado en la gestión y el funcionamiento del colisionador y los detectores.
LHC Computing Grid Globe into the computer center
(Credit: CERN)
El coste total de la construcción del LHC fue de aproximadamente £3.74 mil millones de libras, compuesto por tres componentes principales1:
- El Acelerador (3 mil millones de libras)
- Los Experimentos (728 millones de libras)
- Los Ordenadores (17 millones de libras)
El coste total fue compartido principalmente por los 20 Estados miembros del CERN, con importantes contribuciones de las seis naciones observadoras.
El proyecto del LHC implicó a 111 naciones en el diseño, la construcción y las pruebas de los equipos y el software, y ahora continúa con su participación en los experimentos y el análisis de los datos. El grado de implicación varía según los países, ya que algunos pueden aportar más recursos financieros y humanos que otros.
1 CERN, Pregunte a un experto
Muchas de las universidades del Reino Unido contribuyen al CERN a través de la investigación y el apoyo a la ciencia de una forma u otra. Pero, en particular, hay 20 universidades con centros del LHC en el Reino Unido:
- Universidad de Brunel (Grupo HEP)
- Imperial College – Universidad de Londres (Grupo HEP)
- Universidad de Lancaster (Grupo HEP)
- Universidad de Oxford (Grupo PP)
- Queen Mary – University of London (PP Group)
- Royal Holloway – University of London (PP Group)
- STFC Rutherford Appleton Laboratory (PPD Group)
- University College London (HEP Group)
- Universidad de Birmingham (EPP Group)
- Universidad de Bristol (PP Group)
- Universidad de Cambridge (HEP Group)
- Universidad de Durham (IPPP, CPT)
- Universidad de Edimburgo (Grupo PPE, Grupo PPT)
- Universidad de Glasgow (Grupo PPE, Grupo PPT)
- Universidad de Liverpool (Grupo PP)
- Universidad de Manchester (Grupo PP)
- Universidad de Sheffield (Grupo PP)
- Universidad de Sussex (Grupo PPE, Grupo TPP)
- Universidad de Swansea (Grupo TPP)
- Universidad de Warwick (Grupo EPP)
El LHC se ha construido en un túnel originalmente construido para un colisionador anterior, el LEP (Large Electron Positron collider). Esta fue la solución más económica para construir tanto el LEP como el LHC. Era más barato construir un túnel subterráneo que adquirir el terreno equivalente en la superficie. Poner la máquina bajo tierra también reduce en gran medida el impacto ambiental del LHC y las actividades asociadas.
La roca que rodea el LHC es un escudo natural que reduce la cantidad de radiación natural que llega al LHC y esto reduce la interferencia con los detectores. A la inversa, la radiación producida cuando el LHC está en funcionamiento está protegida de forma segura hacia los alrededores por 50 – 100 metros de roca.
¿Puede el LHC crear un nuevo universo?
La gente a veces se refiere a que el LHC recrea el Big Bang, pero esto es engañoso. Lo que realmente quieren decir es:
- recrear las condiciones y energías que existieron poco después del comienzo del Big Bang, no el momento en el que el Big Bang comenzó
- recrear las condiciones a una escala diminuta, no a la misma escala que el Big Bang original
- recreando energías que se producen continuamente de forma natural (por los rayos cósmicos de alta energía que chocan con la atmósfera terrestre) pero a voluntad y dentro de sofisticados detectores que rastrean lo que está ocurriendo
No hay Big Bang – por lo que no hay posibilidad de crear un nuevo Universo.
El CERN nunca ha estado involucrado en la investigación de la energía nuclear o de las armas nucleares, pero ha hecho mucho para aumentar nuestra comprensión de la estructura fundamental del átomo.
El título CERN es en realidad un remanente histórico, del nombre del consejo que fue fundado para establecer una organización europea para la investigación de la física de clase mundial. CERN significa «Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire» (o Consejo Europeo de Investigación Nuclear). En la época en que se creó el CERN (1952 – 1954), la investigación física exploraba el interior del átomo, lo que explica la palabra «nuclear» en su título. El Consejo se disolvió una vez que se formó la nueva organización (la Organización Europea para la Investigación Nuclear), pero el nombre CERN permaneció.
Esto es muy poco probable, por dos razones principales:
En primer lugar, el CERN y los científicos e ingenieros que trabajan allí y sus investigaciones no tienen ningún interés en la investigación de armas. Se dedican a tratar de entender cómo funciona el mundo, y definitivamente no a cómo destruirlo.
En segundo lugar, los haces de partículas de alta energía producidos en el LHC requieren una enorme máquina que consume 120MW de potencia y contiene 91 toneladas de helio líquido superenfriado. Los propios haces tienen mucha energía (el equivalente a un tren Eurostar entero viajando a máxima velocidad) pero sólo pueden mantenerse en el vacío. Si se liberara en la atmósfera, el haz interactuaría inmediatamente con los átomos del aire y disiparía toda su energía en una distancia extremadamente corta.
El LHC produce energías muy altas, pero estos niveles de energía están restringidos a volúmenes diminutos dentro de los detectores. Muchas partículas de alta energía, procedentes de colisiones, se producen cada segundo, pero los detectores están diseñados para rastrear y detener todas las partículas (excepto los neutrinos) ya que capturar toda la energía de las colisiones es esencial para identificar qué partículas se han producido. La gran mayoría de la energía de las colisiones es absorbida por los detectores, lo que significa que muy poca energía de las colisiones puede escapar.
¡Las colisiones con energías muy superiores a las del experimento son bastante comunes en el universo! Incluso la radiación solar que bombardea nuestra atmósfera puede producir los mismos resultados; los experimentos lo hacen de forma más controlada para su estudio científico. El principal peligro de estos niveles de energía es para la propia máquina del LHC. El haz de partículas tiene la energía de un tren Eurostar viajando a toda velocidad y si algo ocurriera que desestabilizara el haz de partículas hay un peligro real de que toda esa energía se desvíe hacia la pared del tubo del haz y los imanes del LHC, causando un gran daño.
El LHC tiene varios sistemas de seguridad automáticos que controlan todas las partes críticas del LHC. En caso de que ocurra algo inesperado (un fallo en la alimentación o en los imanes, por ejemplo), el haz se «descargará» automáticamente al introducirse en un túnel ciego donde su energía se disipará de forma segura. Todo esto ocurre en milisegundos, lo que significa que las partículas habrán navegado poco menos de 3 circuitos antes de que se complete el volcado.
Contactos
Charlotte Jamieson
Directora del Programa de Enlace y Aceleradores del CERN del Reino Unido
Tel: +44 (0)1793 442 027
Anthony Davenport
Gerente de Apoyo al Programa
Tel: +44 (0)1793 442 004
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