Inicio

Achegándonos ao LHC

 
 
 
 
 

"Se hai unha cosa a facer é comprometerse coa educación".

George Charpak (Premio Nobel en Física en 1992).

 

O Large Hadron Collider (Gran Colisor* de Hadróns) é o acelerador de partículas máis poderoso do mundo. LHC (situado no noroeste da cidade suiza de Xenebra, sobre a fronteira Franco–Suiza) xera a maior cantidade de información nunca antes producida nun anterior experimento científico. O seu obxectivo é revelar algúns dos secretos fundamentais da natureza que quedan por descubrir.

A pesar da enorme cantidade de datos que podemos atopar sobre este acelerador e os seus experimentos, non é sinxelo para os non especialistas coñecer de onde proceden eses datos e o seu significado. 

Basicamente, o propósito deste Sitio Web é esencialmente divulgativo tentando axudar a introducir este experimento ao público en xeral e ao alumnado e profesorado de ensino secundario en particular. Unha boa cantidade de cálculos son presentados para seren levados á clase de secundaria, estimulando a curiosidade dos estudantes, axudándolles así a comprender mellor algúns conceptos da Física. Preténdese que sexan un exemplo da relación entre as "frías" ecuacións da Física e o excitante mundo da investigación científica.


 Enerxía        

Durante 2012 os protóns estiveron xirando cunha enerxía de 4 TeV por protón. En 2013 despois de ser utilizado para colisións con núcleos de Pb entrou e parada técnica (LS1) de arredor de 20 meses, para se reiniciar en 2015 as colisións cunha enerxía record de 6,5 TeV por protón.  Despois de l Longa Parada (Long Shutdown 2, LS2) de 2019-2022,  éntrase na tercera fase experimental, Run 3, coa máxima enerxía ata o de agora alcanzada - 6,8 TeV por proton (13,6 TeV en colisión, moi perto xa da enerxía máxima de deseño inicial, 14 TeV).


Ano 2022, comeza o LHC Run 3 despois dun vasto programa de traballos completados durante o Long Shutdown 2 (LS2). Os protóns coliden á máis alta enerxía (13.6 comparado con 13 TeV) e con máis luminosidade (contendo ata 1.8 × 1011 protones por bunch, comparado con 1.3–1.4 × 1011 ) que durante Run 2. Esta tercera fase experimental, Run 3, exténdese ata finais de 2025


O calendario actural prevé o Long Shutdown 3 para empezar en 2026, un ano máis tarde que o que estaba previsto, e durará tres anos no canto de 2.5 anos (taken from CERN Courier).


Bosón de Higgs          

Con todo, un dos seus principais obxectivos, atopar o bosón de Higgs,  foi xa acadado na fase inicial de operación. O Premio Nobel en Física 2013 foi otorgado a François Englert Peter W. Higgs "polo descubrimento teórico dos mecanismo que contribúe á nosa comprensión da orixe da masa das partículas subatómicas, e que foi recentemente confirmado a partir do achádego da partícula fundamental asociada, nos experimentos ATLAS CMS do Large Hadron Collider do CERN."

ATLAS CMS anunciaron o descubrimento desa partícula o 4 de Xullo de 2012. Este resultado foi reconfirmado posteriormente en 2013.

Candidato Higgs decaendo en catro muóns rexistrado polo detector ATLAS en 2012 (Imaxe: ATLAS/CERN).

Artículos de interese sobre o Bosón de Higgs no décimo aniversario do seu descrubrimento,  son os seguintes:

https://arxiv.org/abs/2207.00043



Precisamente no décimo aniversario do descubrimiento do Bosón de Higgs é un bo momento para sinalar que a investigación en Física de Partículas é tan necesaria como o ten sido sempre.  Neste sentido é moi recomendable o seguinte artículo da revista Nature

Particle physics isn’t going to die — even if the LHC finds no new particles

Nature. 2022 Jul;607(7917):7-8. doi: 10.1038/d41586-022-01819-4.

 


Outro importante logro procede da LHCb Collaboration, Marzo 2021, apuntando a unha potencial Violación do "sabor" universal Leptón.

Esta cuestión no está pechada pois se trata dunha análise experimental moi complexo e que precisa máis proebas definitivas ao respecto.

A interacción feble, tal como se describe no Modelo Estándar (SM), actúa de xeito simétrico para todos os leptóns. Isto quere dicir que decaementos que impliquen por exemplo muóns ou electrones deben presentar iguais probabilidades (con pequenas correccións debidas ás diferentes masas deses leptóns). Un exemplo de tales decaementos son B+→ (K+μ+μ-) e B+→ (K+e+e-), nos que un mesón B decae nun par de leptóns, acompañados por un mesón K. Seguindo o Modelo Estándar, se se mide a probabilidade de ambos procesos deberíamos obter teóricamente unha relación (RK) desas probabilidades moi cercanas a 1. Porén, LHCb tería atopado (segundo se presentou en marzo de 2021) un valor de 0.846+0.044-0.041  (polo tanto, 0.80<RK<0.89). Isto querería dicir que o proceso de decaemento a electróns sería lixeiramente máis probable cá muóns. O resultado implicaría unha desviación con respecto ao SM cunha significancia estatística de ~3 de desviación estándar, o que non abonda para presentalo como un "descubrimento", pero proporcionaría, de ser certo, "evidencias" de que o SM podería ser erróneo cando describe o comportamiento dos leptóns na natureza.


Outro asunto muy importante de investigación, no que o LHC debe xogar un papel importante, é a medida do valor do momento magnético do muón. Neste campo hai que citar o Muon g-2 Experiment (Fermilab), que mide o momento magnético do muón a partir da súas interacciones cuánticas con el vacío cuando atraviesa un campo magnético (hai que ter presente que o baleiro está “cheo” de partículas virtuais). Este experimento anunciou en 2021 os seus resultados que evidencian una diverxencia demasiado grande coa predicción teórica segundo o Modelo Estándar. O nivel de fiabilidade alcanzado é de 4,2 sigma (indicios de nova física) con aproximadamente o 6% de todos os datos que se poden utilizar, polo que en poucos anos se poderían obter os 5 sigmas (descubrimento).

 

Tomado de Fermilab-Twitter

Ver máis aquí ou aquí.


Novos hadróns. Cos datos obtidos nas fases Run 1 e Run2 foron descubertos máis de medio cento de hadróns (ata xullo de 2022 foron anunciado 66 novos hadróns. (Ver máis en Patrick Koppenburg-Website)

A maioría deles foron descubertos no experimento LHCb.

No 5 de xullo de 2022 anunciáronse catro novos descubrimentos:

 


Máis informacións importantes:
6 de xullo de 2017, na EPS Conference on High Energy Physics en Venecia, o LHCb experiment comunica a observación de Ξcc++(Xicc++), unha nova partícula que contén dous quarks charm e un quark up. Durante moitos anos os físicos teñen estado detrás do seu descubrimento, quedando agora completamente detectada. A súa masa é de 3621 MeV.

12 Octubre 2017, durante oito horas, o LHC estivo acelerando e colidindo núcleos de Xenon, permitindo aos detectores ATLAS, ALICE, CMS and LHCb, rexistrar colisións de xenon por primeira vez.

En Marzo de 2018, na 53ª Anual Rencontres de Moriond celebrada (entre o 10 e o 24 Marzo de 2018) celebrada en La Thuile, no Val de Aosta Valley (Italia), ATLAS e CMS presentaron un conxunto de novas medidas das propiedades do bosón escalar asociado co Brout-Englert-Higgs field. Estes resultados proceden do exame dos datos das colisións protón-protón a unha enerxía de 13 TeV durante os años 2015 e 2016. Estes datos tomados en ATLAS e CMS proveñen de arredor de dous millóns de bosóns de Higgs, dos cales arredor de 10000 foron facilmente accesibles desde os detectores.

25 Xullo 2018, por primeira vez os operadores do LHC inxectaron "atomos" formados por un núcleo de Pb e un electrón. Trátase do primeiro paso de comprobación dunha nova idea chamada Factoría Gamma, dentro do proxecto "CERN’s Physics Beyond Colliders".

24 de Octubre 2018, os protóns realizaron a súa derradeira viaxe do ano no LHC. Ás seis da mañá,o feixe número 7334 foi extraido do acelerador, e haberá que agardar a 2021 para volver ter protóns no acelerador, A partir do 10 de diciembre producirase unha parada de máis dun ano para renovar parte do equipamento. Durante as semanas previas á parada, serán os núcleos de Pb os protagonistas, permitindo estudiar o plasma quark-gluón que recrea os segundos posteriores ao Big Bang.

En Marzo de 2019 (Rencontres de Moriond) a colaboración LHCb presentou os seus resultados sobre a “violación CP” encontrada no mesón D0 (este mesón está formado por un quark c e un antiquark u). Para observar este fenómenos os investigadores desta colaboración utilizaron os datos producidos no detector LHCb desde 2011 a 2018. A violación CP á unha característica esencial do universo para comprender a asimetría materia-antimateria existente. Ata o de agora, este fenómeno só fora atopado en partículas que estiveran formadas por quarks strange ou bottom.

En Xaneiro de 2022, LHCb Collaboration anuncióu  a medida da masa do bosón W. Esta medida foi realizada usando datos de colisións protón-protón con s = 13 TeV correspondentes a unha luminosidade integrada de 1.7 fb1,  con datos de 2016 do LHCb Experiment. A masa do bosón W determinada foi:

mw = 80354 ± 23stat± 10exp± 17theory ± 9PDF MeV/c2.

onde as incertezas corresponden a contribucións de fontes estatísticas, sistemáticas experimentais, teóricas e funcións de distribución de partóns. A medición concorda ben coa predicción de axuste electrodébil global e coas medicións anteriores.

Porén, o Collider Detector at Fermilab (CDF) Collaboration anunciou en abril de 2022 unha medida precisa da masa do bosón W a partir de datos do Tevatron, e, sorprendentemente, os investigadores encontraron un valor significativamente máis alto: 80433.5 ± 9.4 MeV/c2. Este resultado desvíase da predicción terórica do Modelo Estándar, pero é un resultado experimental que debe ser validado por futuros experimentos, como é o caso del LHC.

 

Masa del bosón W

Imaxe tomada de Gibney E. (2022). “HOW THE REVAMPED LARGE HADRON COLLIDER WILL HUNT FOR NEW PHYSICS".

Nature, 2022 May; 605(7911):604-607


 



 
... e para saber sobre o que se está a preparar para o futuro ver HL-LHC: High Luminosity e tamén The Future Circular Collider
CERN Council nomea a  Fabiola Gianotti  para o seu segundo mandato como Directora Xeral do CERN (Nov 2019)

Na súa Sesión 195 (Nov 2019) o CERN Council nomeou a Fabiola Gianotti, como Directora Xeral da Organización, para un segundo mandato. Este novo nomeamento vai do 1 de xaneiro de 2021 a decembro de 2025. Esta é a primeira vez na historia do CERN que a Dirección Xeral foi prorrogada para un segundo mandato completo.



NOTAS IMPORTANTES           
Toda a Bibliografía que foi consultada para cada Sección está indicada na Sección de Referencias
Os cálculos que se achegan neste sitio web están adaptados ao nivel do ensino secundario, e na maioría dos casos, aínda que podan resultar útiles, son simples aproximacións aos resultados correctos.

Ademais das diferentes Seccións deste sitio, creemos de interese visitar outros sitios web para ter unha idea máis xeral da Física de Partículas. Por exemploLa aventura de las Partículas, ou outros sitios que se indican na sección Educación.

Algúns dos datos e informacións, así como imaxes, teñen sido tomado dos diferentes websites do CERN, tendo sido solicitado e concedido o correspondente permiso pola administración do CERN. O uso que se fai neste Sitio Web dos diferentes materiais procedentes das publicaciones producidas por lo CERN segue estrictamente os termos de uso que a este respecto indica o CERN.

O resto das imaxes, gráficas, etc., non feitas por nós, foron tomadas como de "fair use". Se non é o caso, por favor, fágannolo saber para retiralas de inmediato.

Un Glosario con termos de Física de Partículas, en orde alfabética, é incluído na última sección. 

(*) Sobre a utilización da palabra "colisorver...


AUTORES


Xabier Cid Vidal, Doutor en Física de Partículas (experimental) pola USC. Research Fellow in experimental Particle Physics no CERN, desde xaneiro de 2013 a decembro de 2015. Actualmente está no Depto de Física de Partículas da USC  ("Ramon y Cajal", Spanish Postdoctoral Senior Grants).

Ramon Cid Manzano, profesor de Física e Química no IES de SAR de Santiago de Compostela, e Profesor Asociado no Departamento de Didáctica das Ciencias Experimentais da USC, ata o seu retiro en 2020. É licenciado en Física e en Química, e é Doutor pola Universidade de Santiago (USC).

CERN


CERN WEBSITE

CERN Directory

CERN Experimental Program

Theoretical physics (TH)

CERN Experimental Physics Department

CERN Scientific Committees

CERN Structure

CERN and the Environment

LHC


LHC

Detector CMS

Detector ATLAS

Detector ALICE

Detector LHCb

Detector TOTEM

Detector LHCf

Detector MoEDAL

 


NOTA IMPORTANTE

Toda a Bibliografía que foi consultada para esta Sección está indicada na Sección de Referencias

 


© Xabier Cid Vidal & Ramon Cid - rcid@lhc-closer.es  | SANTIAGO |

···