Achegándonos ao LHC
|
"Se hai unha cosa a facer é comprometerse coa educación". George Charpak (Premio Nobel en Física en 1992). |
|
El CERN celebra 70 años de descubrimientos científicos e innovación.
O Large Hadron Collider (Gran Colisor* de Hadróns) é o acelerador de partículas máis poderoso do mundo. O 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.
(*) Sobre a utilización da palabra "colisor" ver...
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; y e menor medida para el profesorado e alumnado de ensino primario. 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.
A traves de varias secciones y muchas subsecciones (CERN, LHC, FÍSICA en el LHC, Detectores, Modelo Estándar, Educación, Enlaces, Noticias ... ) achegámonos aos contidos que creemos que deben ser coñecidos polas persoas non especialistas que están interesadas na Física de Partículas, o CERN e o LHC.
É importante suliñar que os cálculos que aparecen neste sitio web están adaptados ao nivel do ensino secundaria, e na maioría dos casos, aínda que e poidam resultar útiles, son simples aproximacións aos resultados correctos.
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 realizadas polos autores deste Sitio Web, foron tomadas no senso de "fair use". Se non é o caso, por favor, fágannolo saber para retiralas de inmediato.
Amosamos deseguido algúns feitos que son de especial relevancia, aparecendo nas diferentes Seccións deste sitio web o desenvolvemento dos contidos e conceptos que consideramos de interese.
Se non estás familiarizado cos conceptos básicos da física de partículas, recomendámosche que visites primeiro as distintas seccións do menú xeral do noso sitio web.
Na Sección Referencias poden encontrarse moitos artígos e libros que tratan diferentes aspectos da Física de Partículas, o CERN e o LHC. Ademais, nestoutra Sección poden consultarse os artígos que os autores deste sitio web foron publicando sobre estas cuestiones cunha intención esencialmente divulgativa.
Tamén presentamos as noticias máis recentes en Física de Partículas producidas no CERN. Na Sección Máis Novas aparecen as noticias de anos anteriores.
CERN highlights en 2023
Tomado de CERN WEBSITE
Run 3
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.
Esta terceira fase experimental esténdese ata o final de 2025.
Unhas poucas semanas despois do arranque do Run3, varios récord foron xa alcanzados.
Algúns deles son:
.- enerxía con Pb iones: 6.8 Z TeV (ou 2.76 TeV/nucleón)
.- pico de luminosidade: 2.5·1034
.- pile-up (puntos de colisión casi simultáneos) > 100
.- enerxía almacenada por feixe: ~ 400 MJ
O calendario actural prevé o Long Shutdown 3 para comezar 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).
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 da 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).
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 e 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 e CMS do Large Hadron Collider do CERN."
ATLAS e 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.
https://www.nature.com/articles/d41586-022-01819-4
| N O V A S R E C E N T E S |
ATLAS sonda territorios inexplorados cun trigger mellorado.
Xullo, 2024
A Colaboración ATLAS publica a súa primeira procura de sucesos exóticos á enerxía de colisión de 13,6 TeV.
Varios modelos de física máis aló do Modelo Estándar, incluíndo a supersimetría e os modelos con dimensións extra, predín «partículas de longa vida» (LLP) que poderían viaxar distancias significativas no experimento ATLAS antes de decaer. As LLP producirían produtos de desintegración lonxe do punto de interacción. Tales partículas requiren técnicas de reconstrución específicas e poden eludir a detección en procuras anteriores.
A Colaboración ATLAS vén de publicar un novo resultado que busca pares de partículas de longa vida que decaen cada unha nun electrón, muón ou leptón tau, dando lugar a pares de pegadas de partículas que están «desprazadas» do punto de interacción. Trátase dunha firma pouco común que podería ser indicativa de novos fenómenos físicos.
ATLAS libera 65 TB de datos abiertos para la investigación.
Xullo, 2024
O Experimento ATLAS do CERN puxo ao dispor do público, con fins de investigación, datos científicos de dous anos de duración. Os datos inclúen gravacións de colisións protón-protón do Gran Colisionador de Hadrones (LHC) a unha enerxía de colisión de 13 TeV. É a primeira vez que ATLAS publica datos a esta escala e marca un fito importante no acceso e a utilización públicos dos datos do LHC.
IGFAE e CERN únense en ‘Instrumentos de Visión’, unha exposición do artista Armin Linke
Xuño-Agosto 2024
O IGFAE presenta desde o 21 de xuño ao 28 de agosto de 2024 a exposición Instrumentos de Visión, do artista Armin Linke. O proxecto é froito da colaboración do IGFAE con Arts at CERN, co gallo do 25º aniversario do IGFAE e os 70 años da fundación do CERN.
A desintegración máis rara dun Hyperón xamais observada.
Xunio, 2024
A Colaboración LHCb informa da observación da desintegración rara do Hiperón Σ+→pμ+μ-. Un hiperón é unha partícula que contén tres quarks, incluíndo un ou máis quarks estraños.
As desintegracións raras de partículas coñecidas son unha ferramenta prometedora para a procura de Física máis aló do Modelo Estándar (SM) da física de partículas. No SM, o proceso Σ+→pμ+μ- só é posible mediante "diagramas de bucle": en lugar de que a desintegración se produza directamente, os estados intermedios deben intercambiarse nun "bucle".
Diagrama de Feynman ilustrando unha desintegración Σ+→pμ+μ- no Standard Model
Na teoría cuántica de campos, a probabilidade de que ocorra un proceso deste tipo é a suma das probabilidades de todas as posibles partículas intercambiadas neste “bucle”, tanto coñecidas como descoñecidas. Isto é o que fai que un proceso deste tipo sexa sensible a novos fenómenos. Se se observase unha discrepancia entre a medición experimental e os cálculos teóricos, podería deberse á contribución dalgunhas partículas descoñecidas. Estas partículas poderían intercambiarse no “bucle” ou mediar directamente nesta desintegración, interactuando cos quarks e desintegrándose despois nun par de muóns. Neste último caso, a nova partícula deixaría unha pegada nas propiedades dos dous muóns.
“Fantasmal acción a distancia” entre partículas pesadas.
Xuño, 2024
Por primeira vez, a Colaboración CMS examina, o entrelazamento do spin dun quark top e do seu antiquark, que son producidos simultaneamente a moi alta velocidade entre si. Polo tanto, as dúas partículas están moi separadas antes de se desintegrar, é dicir, a súa distancia é maior que a que pode cubrir a información transferida á velocidade da luz. A correlación entre os espíns do quark e do antiquark mídese observando as distribuciónss angulares dos seus produtos de desintegración.
A confirmación do entrelazamento cuántico entre as partículas fundamentais máis pesadas, os quarks top, abre unha nova vía para explorar a natureza cuántica do noso mundo a enerxías moito máis aló do accesible, por exemplo, en óptica cuántica. A gran taxa de produción de pares de quarks top no LHC proporciona unha xigantesca mostra de datos de quarks top, ofrecendo unha oportunidad única para estes estudos.
Informe sobre o acelerador: A quinta parte do camiño percorrido.
15 Maio, 2024 (por Rende Steerenberg)
Todo o complexo de aceleradores do CERN e as súas instalacións experimentais asociadas están plenamente operativos, polo que chegou o momento de repasar a primeira parte da andaina deste ano e mirar cara ao que aínda está por chegar.
No LHC, o 6 de abril producíronse as primeiras colisións cuns poucos fas. A obtención de datos físicos significativos só pode comezar cando se producen colisións con polo menos 1200 paquetes por fai, e este fito alcanzouse o 14 de abril. Isto significa que, dos 147 días asignados a chóquelas protón-protón este ano, xa se completaron 32, o que representa algo máis do 20% do Run de protóns de 2024.
Durante estes 32 días iniciais, a máquina do LHC estivo dispoñible o 67,2% do tempo con fas estables en colisión o 45,2% do tempo. O obxectivo é alcanzar unha proporción de tempo de fai estable de polo menos o 50%.
A produción de luminosidade tamén progresa segundo o previsto, como pode verse no gráfico seguinte.
Ata o de agora, a luminosidade integrada recollida alcanzou 17,5 fb-1, o que supón case o 20% do obxectivo de 90 fb-1 para 2024. Para alcanzar este obxectivo, necesítase unha media duns 0,8 fb-1 ao día. Recentemente rexistrouse unha produción récord de 1,23 fb-1 en só 24 horas, o que demostra o impresionante potencial do LHC para alcanzar o obxectivo e mesmo superalo.
La CMS collaboration presentou a máis precisa medida do ángulo de mestura electrodébil.
Abril, 2024.
A colaboración CMS presentou (conferencia 2024 Rencontres de Moriond) a medida máis precisa do ángulo de mestura electrodébil leptónico efectivo realizada nun colisor de hadroóns ata a data, en bo acordo coa predición do Modelo Estándar.
O ángulo de mestura electrodébil é un elemento crave destas comprobacións de consistencia. É un parámetro fundamental do Modelo Estándar, que determina como a interacción electrodébil unificada deu lugar ás interaccións electromagnética e débil a través dun proceso coñecido como ruptura de simetría electrodébil. Ao mesmo tempo, vincula matematicamente as masas dos bosones W e Z que transmiten a interacción débil. Así pois, as medidas do W, o Z ou o ángulo de mestura proporcionan unha boa comprobación experimental do Modelo.
Medida da masa e o "ancho" (width, Γ𝑊) do bosón W co detector ATLAS.
Abril 2024
Os datos protón-protón rexistrados polo detector ATLAS en 2011, a unha enerxía de centro de masa de 7 TeV, utilizáronse para unha determinación mellorada da masa do bosón W e unha primeira medida da anchura do bosón W no LHC.
A “anchura” (width) dunha partícula está directamente relacionada co seu tempo de vida e describe como decae noutras partículas. Se o bosón W decae de forma inesperada, por exemplo en novas partículas aínda por descubrir, isto influirá na anchura medida.
Utilizando datos de colisións protón-protón a unha enerxía de 7 TeV recolleitos durante a primeira fase do LHC, ATLAS mediu a anchura do bosón W en 2202 ± 47 MeV. Trátase da medida máis precisa realizada ata a data por un só experimento e, aínda que un pouco maior, coincide coa predición do Modelo Estándar cunha precisión de 2,5 desviacións estándar.
A medida actualizada da masa do bosón W é de 80367 ± 16 MeV, que mellora e supera a medida anterior de ATLAS utilizando o mesmo conxunto de datos. Os valores medidos tanto da masa como da anchura coinciden coas predicións do Modelo Estándar.
LHCb collab: Medida da mestura D0− D0 e violación CP en D0➝ K+π− decays.
Marzo, 2024
Nun seminario celebrado o 26 de marzo no CERN, a colaboración LHCb do Gran Colisionador de Hadrones (LHC) presentou os resultados da súa última procura de asimetría materia-antimateria na oscilación do mesón neutro D, que, de atoparse, podería axudar a lanzar luz sobre o misterioso desequilibrio materia-antimateria do universo.Primera observación de fotones-a-taus en colisiones protón-protón en CMS.
Marzo, 2024
CMS Collaboration anuncia a observación de dous fotóns creando dous leptóns tau en colisións protón-protón. É a primeira vez que este proceso é observado en colisións pp, sendo posible grazas á capacidade de seguimiento de trazas do detector CMS.
Evento candidato del proceso γγ →ττ en colisiones protón–protón.
Tamén se reporta a máis precisa medida do momento magnético anómalo do leptón tau, ofrecendo unha nueva forma de restrinxir a existencia de nova física.
Tomado de CMS Collaboration Website.
Proba precisa da "universalidade do sabor leptónico" nas desintegracións de bosóns W en muóns e electróns.
Marzo, 2024
ATLAS Collaboration: Proeba precisa da universalidade do sabor leptónico en decaementos de bosóns W en muóns e electróns en colisións pp a √s=13 TeV co detector ATLAS. (58th Rencontres de Moriond 2024)
Un axioma fundamental do Modelo Estándar é a universalidad dos acoplamentos das diferentes familias de leptóns aos bosóns intermediarios da forza electrodébil. A medida da relación da taxa de desintegración de bosóns W a electróns e muóns, R(μ/e), constitúe unha proba importante deste axioma. Utilizando 140 fb−1 de colisións protón-protón rexistradas co detector ATLAS a una enerxía de centro de masas de 13 TeV, a Colaboración ATLAS informa dunha medida desta cantidade a partir de sucesos di-leptónicos nos que os quarks top decaen nun bosón W e un quark bottom.
O valor medido de R(μ/e) é 0,9995 ± 0,0045 e concorda coa hipótese de acoplamentos leptónicos universais postulada no Modelo Estándar. Trátase da única medición deste tipo realizada ata o de agora no Gran Colisor de Hadróns, e presenta o dobre de precisión cas medicións anteriores noutros aceleradores.
Observación da desintegración Bc+ → J/ψ J/ψ π+ π0
Xaneiro, 2024
LHCb Collaboration: A primeira observación do decaemento de Bc+ → J/ψ π+ π0 é reportada con alta significancia utilizando os datos de colisión protón-protón, correspondente a unha lumininosidade integrada de 9 fb-1, rexistrada polo detector LHCb con enerxías de centro de masas de 7, 8 e 13 TeV.
O mesón Bc+ (composto por dous quark pesados, b e c) é o mesón máis masivo que só pode decaer por interacción débil, vía o decaemento dun quark pesado constituinte (ver diagrama). Este decaemento de Bc+ en J/ψ e un par π+π0 no fora observado antes, principalmente porque a reconstrución precisa do mesón de baixa enerxía π0 (a través do par de foóns en que se desintegra) é un reto moi grande nos procesos de colisión protón-protón do LHC.
Diagrama para o decaemento do mesón Bc+ no mesón J/ψ e en hadróns lixeiros
A gran cantidade de b-quarks producidos nas colisións do LHC e a excelencia do detector, permite á LHCb Collaboration o estudo en detalle da produción, vias de decaemento e propiedades do mesón Bc+. Desde o descubrimento do Bc+ no expeimento CDF do Tevatron collider (Fermilab-Chicago), 18 novos decaementos do Bc+ foron observados (con máis de cinco sigmas de desviación estándar), todas no LHCb.
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.
Ademais das diferentes Seccións deste sitio, creemos de interese visitar outros sitios web para ter unha idea máis xeral da Física de Partículas. Por exemplo:Introducción a la Física de Partículas, El Modelo Estandar de la Física de Partículas, A brief introduction to Particle Physics, ou outros sitios que se indican na sección Educación. Téñase en conta que algúns destes documentos ou sitios web no están actualizados, pero consideramos que aínda así proporcionan unha boa información para iniciarse na Física de Partículas.
Insistimos en que 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 realizadas polos autores deste Sitio Web, foron tomadas no senso 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.|
AUTORES Xabier Cid Vidal, Doctor en Física de Partículas (experimental) pola Universidad de Santiago (USC). Research Fellow in experimental Particle Physics no CERN, desde xaneiro de 2013 a decembroe de 2015. Estivo vencellado ao Depto de Física de Partículas da USC como becario "Juan de la Cierva", "Ramon y Cajal" (Spanish Postdoctoral Senior Grants), e Profesor Contratado Doutor. Desde 2023 é Profesor Titular de Universidade nese Departamento (ORCID). Ramon Cid Manzano, foi catedrático de Fïsica e Química no IES de SAR (Santiago - España), e Profesor Asociado no Departamento de Didáctica de Ciencias Experimentais da Facultade de Educación da Universidad de Santiago (España), ata o seu retiro en 2020. É licenciado en Física, licenciado en Química, e Doutor pola Universidad de Santiago (USC).(ORCID). |
CERN CERN Experimental Physics Department CERN and the Environment |
LHC |
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 |
