Comienza una nueva época en la exploración del universo

Comienza una nueva época en la exploración del universo

Panorámica del detector CMS.
| CERN

El LHC retoma su actividad con la capacidad de penetrar como nunca en los misterios de las partículas elementales

Hoy, 5 de julio, comienza una nueva temporada de la física más avanzada con el relanzamiento del Gran Colisionador de Hadrones del CERN, que alcanzará una energía récord: podrá llegar al fondo del bosón de Higgs y desvelar otros misterios del universo.

Hoy martes 5 de julio comienza un nuevo periodo de toma de datos para los experimentos en el acelerador de partículas más potente del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), tras más de tres años de trabajos de actualización y mantenimiento.

Los haces ya han estado circulando en el complejo del acelerador del CERN desde abril, y la máquina LHC y sus inyectores se volvieron a poner en servicio para operar con nuevos haces de mayor intensidad y energía.

Ahora, los operadores del LHC están listos para anunciar "haces estables", la condición que permite que los experimentos enciendan todos sus subsistemas y comiencen a tomar los datos que se utilizarán para el análisis físico.

El LHC funcionará las 24 horas del día durante casi cuatro años a una energía récord de 13,6 billones de electronvoltios (TeV), lo que proporcionará mayor precisión y potencial de descubrimiento que nunca y allanará el camino para nuevos descubrimientos.

Importantes actualizaciones

Los cuatro grandes experimentos del LHC han realizado importantes actualizaciones en sus sistemas de selección y lectura de datos, con nuevos sistemas de detección e infraestructura informática.

Los cambios permitirán recolectar muestras de datos significativamente más grandes, con mayor calidad que en ejecuciones anteriores.

Los detectores ATLAS y CMS esperan registrar más colisiones durante la ejecución 3 que en las dos ejecuciones anteriores combinadas.

El experimento LHCb se sometió a una renovación completa y busca aumentar su tasa de toma de datos por un factor de diez, mientras que ALICE apunta a un asombroso aumento de cincuenta veces en el número de colisiones registradas.

Con el aumento de muestras de datos y una mayor energía de colisión, el tercer periodo del colisionador ampliará aún más el ya muy diverso programa de física del LHC.

Precisión sin precedentes del bosón de Higgs

En diferentes experimentos, los físicos probarán la naturaleza del bosón de Higgs con una precisión sin precedentes y en nuevos canales.

Es posible que observen procesos previamente inaccesibles, ya que podrán mejorar la precisión de la medición de numerosos procesos conocidos que abordan cuestiones fundamentales, como el origen de la asimetría entre materia y antimateria en el universo.

Los científicos estudiarán asimismo las propiedades de la materia bajo temperaturas y densidades extremas, y también buscarán candidatos para la materia oscura y otros fenómenos nuevos, ya sea a través de búsquedas directas o, indirectamente, a través de mediciones precisas de las propiedades de partículas conocidas.

“Esperamos con interés las mediciones de la descomposición del bosón de Higgs en partículas de segunda generación, como los muones. Este sería un resultado completamente nuevo en la saga del bosón de Higgs, que confirmaría por primera vez que las partículas de segunda generación también adquieren masa a través del mecanismo de Higgs”, dice el teórico del CERN Michelangelo Mangano.

"Mediremos la fuerza de las interacciones del bosón de Higgs con la materia y las partículas de fuerza con una precisión sin precedentes, y avanzaremos en nuestras búsquedas de desintegraciones del bosón de Higgs en partículas de materia oscura, así como búsquedas de bosones de Higgs adicionales", añade Andreas Hoecker, portavoz de la colaboración ATLAS. "No está del todo claro si el mecanismo de Higgs realizado en la naturaleza es el mínimo que presenta una sola partícula de Higgs", añade.

Procesos raros

Es esta nueva etapa se estudiarán también una clase de procesos raros en los que el experimento LHCb detectó una diferencia inesperada (asimetría de sabor de leptones) entre los electrones y sus partículas primas, los muones, en los datos de ejecuciones anteriores del LHC.

“Los datos adquiridos durante la tercera etapa con nuestro nuevo detector nos permitirán mejorar la precisión en un factor de dos y confirmar o excluir posibles desviaciones de la universalidad del sabor de los leptones”, dice Chris Parkes, portavoz de la colaboración LHCb.

Las teorías que explican las anomalías observadas por LHCb también suelen predecir nuevos efectos en diferentes procesos, que serán objeto de estudios específicos realizados por ATLAS y CMS.

“Este enfoque complementario es esencial; si somos capaces de confirmar nuevos efectos de esta manera, será un gran descubrimiento en la física de partículas”, dice Luca Malgeri, portavoz de la comisión CMS.

Plasma primigenio

El programa de colisión de iones pesados ​​permitirá a su vez la investigación del plasma de quarks-gluones (QGP), un estado de la materia que existió en los primeros 10 microsegundos después del Big Bang, con una precisión sin precedentes.

“Esperamos pasar de una fase en la que observamos muchas propiedades interesantes del plasma de quarks y gluones, a una fase en la que cuantificamos con precisión esas propiedades y las conectamos con la dinámica de sus constituyentes”, dice Luciano Musa, portavoz de la colaboración ALICE.

Además de las colisiones principales de iones de plomo, se incluirá por primera vez un breve período con colisiones de oxígeno, con el objetivo de explorar la aparición de efectos similares a QGP en pequeños sistemas de colisión.

Los experimentos más pequeños en el LHC (TOTEM, LHCf , MoEDAL , con su completamente nuevo subdetector MAPP, y los recientemente instalados FASER y SND@LHC ) también están listos para explorar fenómenos dentro y más allá del Modelo Estándar, desde monopolos magnéticos hasta neutrinos y rayos cósmicos.

Comienza una nueva temporada de física, con un programa científico amplio y prometedor.