{"id":21286,"date":"2018-06-24T07:25:09","date_gmt":"2018-06-24T06:25:09","guid":{"rendered":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/?p=21286"},"modified":"2018-06-24T07:25:09","modified_gmt":"2018-06-24T06:25:09","slug":"el-lhc-quiere-aumentar-su-luminosidad","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.emiliosilveravazquez.com\/blog\/2018\/06\/24\/el-lhc-quiere-aumentar-su-luminosidad\/","title":{"rendered":"El LHC quiere aumentar su luminosidad"},"content":{"rendered":"
F\u00edsica<\/div>\n

 <\/p>\n

\u00a0\"Resultado<\/div>\n

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) entra oficialmente en una nueva fase. Este viernes se ha celebrado una ceremonia en el laboratorio europeo de f\u00edsica de part\u00edculas (CERN) que marca el inicio de la obra civil para el LHC de Alta Luminosidad (HL-LHC, por sus siglas en ingl\u00e9s), un nuevo hito en la historia del CERN. Al incrementar el n\u00famero de colisiones en los grandes experimentos, esta gran actualizaci\u00f3n mejorar\u00e1 el rendimiento del LHC a partir de 2026, aumentando la probabilidad de descubrir nuevos fen\u00f3menos de la f\u00edsica.<\/p>\n

\"Resultado<\/p>\n

El LHC comenz\u00f3 sus colisiones entre part\u00edculas en 2010. Dentro de los 27 kil\u00f3metros del anillo del LHC, paquetes de protones<\/a> viajan casi a la velocidad de la luz y chocan en cuatro puntos. Estas colisiones generan nuevas part\u00edculas que se miden en los detectores situados en los puntos de interacci\u00f3n. Analizando estas colisiones, f\u00edsicos de todo el mundo profundizan en el conocimiento de las leyes de la naturaleza.<\/p>\n

\"Resultado<\/p>\n

Mientras que el LHC es capaz de producir hasta 1.000 millones de colisiones entre protones<\/a> cada segundo, el HL-LHC incrementar\u00e1 este n\u00famero, conocido como \u2018luminosidad\u2019, en un factor 5 o 7, permitiendo acumular 10 veces m\u00e1s datos de 2026 a 2036. Esto supone poder investigar fen\u00f3menos f\u00edsicos muy infrecuentes y obtener medidas mucho m\u00e1s precisas de los conocidos. Por ejemplo, el LHC permiti\u00f3 descubrir el bos\u00f3n<\/a> de Higgs<\/a> en 2012 y probar c\u00f3mo adquieren sus masas las part\u00edculas. Esta mejora del HL-LHC permitir\u00e1 definir con mayor precisi\u00f3n las propiedades del bos\u00f3n<\/a> de Higgs<\/a>. Adem\u00e1s, se investigar\u00e1n teor\u00edas m\u00e1s all\u00e1 del modelo est\u00e1ndar (la teor\u00eda que describe las part\u00edculas elementales y sus interacciones), incluyendo la supersimetr\u00eda<\/a>, la existencia de dimensiones extra o si los quarks<\/a> (los ladrillos que componen la materia visible) est\u00e1n compuestos por algo m\u00e1s elemental a\u00fan.<\/p>\n

\"Resultado<\/p>\n

\u201cEl LHC de Alta Luminosidad extender\u00e1 el alcance del LHC m\u00e1s all\u00e1 de su objetivo inicial, aportando nuevas oportunidades para lograr nuevos descubrimientos, medir las propiedades de part\u00edculas como el bos\u00f3n<\/a> de Higgs<\/a> con mayor precisi\u00f3n y explorar los constituyentes fundamentales de la naturaleza de forma a\u00fan m\u00e1s profunda\u201d, declara la Directora General del CERN Fabiola Gianotti.<\/p>\n

\"[Img<\/p>\n

Las obras sobre los detectores ATLAS y CMS permitir\u00e1n construir nuevas estructuras subterr\u00e1neas destinadas al LHC de alta luminosidad. (Foto: Julien Ordan\/CERN)<\/p>\n

El proyecto del LHC de Alta Luminosidad es un esfuerzo internacional que implica a 29 instituciones de 13 pa\u00edses, incluida Espa\u00f1a con el Centro de Investigaciones Energ\u00e9ticas, Medioambientales y Tecnol\u00f3gicas (CIEMAT). Comenz\u00f3 en 2011 y fue incluido dos a\u00f1os despu\u00e9s entre las prioridades de la Estrategia Europea de F\u00edsica de Part\u00edculas, la hoja de ruta de la disciplina. Tras el \u00e9xito de la fase de pruebas, se construir\u00e1n e instalar\u00e1n muchos elementos nuevos en el LHC en los pr\u00f3ximos a\u00f1os. Algo m\u00e1s de un kil\u00f3metro del actual acelerador se reemplazar\u00e1 completamente con nuevos componentes como imanes, colimadores y cavidades de radiofrecuencia.<\/p>\n

\u00a0\"Resultado<\/p>\n

El secreto para incrementar las colisiones es reducir el tama\u00f1o del haz de part\u00edculas en los puntos de interacci\u00f3n para incrementar las probabilidades de que los protones<\/a> choquen entre s\u00ed. Para conseguir esto, el LHC necesita unos 130 imanes nuevos. En particular, 24 nuevos imanes superconductores cuadrupolos (que mantienen concentrado el haz) y 4 nuevos imanes superconductores dipolos (que se encargan de curvar la trayectoria de los haces). Ambos alcanzan un campo de m\u00e1s de 11,5 tesla, comparado con los 8,3 de los actuales imanes dipolo del LHC. Adem\u00e1s, se instalar\u00e1n 16 nuevas cavidades electromagn\u00e9ticas (crab cavities) para incrementar la superposici\u00f3n de los paquetes de protones<\/a> en los puntos de colisi\u00f3n.<\/p>\n

\"Imagen<\/p>\n

Otro ingrediente clave para incrementar la luminosidad del LHC es aumentar la disponibilidad y eficiencia del acelerador. Para ello, el proyecto HL-LHC desplazar\u00e1 algunos equipamientos que ser\u00e1n m\u00e1s accesibles para su mantenimiento. Los transformadores de energ\u00eda de los imanes se llevar\u00e1n a galer\u00edas separadas del anillo del acelerador, conect\u00e1ndolos con nuevos cables superconductores capaces de transmitir una carga el\u00e9ctrica de hasta 100.000 amperios sin apenas disipar energ\u00eda.<\/p>\n

\"Resultado<\/p>\n

Para ello se realizar\u00e1n grandes obras de ingenier\u00eda principalmente en dos localizaciones del LHC en Suiza y Francia, que incluyen la construcci\u00f3n de nuevos edificios, cavernas y galer\u00edas subterr\u00e1neas. Los t\u00faneles y salas bajo tierra albergar\u00e1n nuevo equipamiento criog\u00e9nico, el suministro de energ\u00eda el\u00e9ctrica y varias plantas de electricidad, refrigeraci\u00f3n y ventilaci\u00f3n.<\/p>\n

\u00a0\"Resultado<\/p>\n

El LHC continuar\u00e1 funcionando durante estos trabajos con periodos de largas paradas t\u00e9cnicas que, adem\u00e1s de realizar las actividades de mantenimiento habituales, servir\u00e1n para preparar el acelerador y sus experimentos para la alta luminosidad. Tras completar esta gran mejora, se espera que el LHC comience a producir datos en modo alta luminosidad a partir de 2026. As\u00ed, alcanzar las fronteras de la tecnolog\u00eda de aceleradores y detectores tambi\u00e9n facilitar\u00e1 el camino para futuros aceleradores de mayor energ\u00eda.<\/p>\n

En Espa\u00f1a, el Centro de Investigaciones Energ\u00e9ticas, Medioambientales y Tecnol\u00f3gicas (CIEMAT) desarrolla desde 2014 un prototipo de im\u00e1n superconductor para el proyecto del LHC de Alta Luminosidad. Es un im\u00e1n combinado, capaz de corregir la trayectoria de los haces de part\u00edculas que circulan por el anillo del LHC tanto en el plano vertical como horizontal de forma simult\u00e1nea, algo muy complejo.<\/p>\n

\"Resultado<\/p>\n

El espacio en el interior del im\u00e1n para el tubo de vac\u00edo por donde circulan las part\u00edculas es el doble que el de los imanes actuales del LHC (150 mil\u00edmetros de di\u00e1metro). Adem\u00e1s, este im\u00e1n es mucho m\u00e1s resistente a la radiaci\u00f3n, que ser\u00e1 mayor en el HL-LHC, lo que implica la utilizaci\u00f3n de materiales avanzados y nuevas soluciones mec\u00e1nicas en su montaje.<\/p>\n

Las t\u00e9cnicas de fabricaci\u00f3n de las bobinas y de la estructura de soporte de las fuerzas electromagn\u00e9ticas son nuevas, y han sido necesarias numerosas pruebas y ensayos para su validaci\u00f3n. El CIEMAT se encuentra en la fase final de producci\u00f3n del primer prototipo, cuyo ensayo est\u00e1 previsto para oto\u00f1o de este a\u00f1o. La fabricaci\u00f3n en serie comenzar\u00e1 a principios de 2019 y se extender\u00e1 hasta finales de 2021.<\/p>\n

\"Imagen<\/p>\n

Adem\u00e1s, varios centros y grupos de investigaci\u00f3n espa\u00f1oles participan en la mejora de los principales experimentos del LHC, que tienen que adaptarse a las nuevas condiciones de la fase de Alta Luminosidad. El incremento de las colisiones provocar\u00e1 el aumento del n\u00famero de se\u00f1ales a procesar, de los sucesos a almacenar, fen\u00f3menos como el \u2018pileup\u2019 (acumulaci\u00f3n de colisiones de part\u00edculas en un mismo evento)\u2026 Adem\u00e1s, el potencial envejecimiento de los materiales debido a una mayor radiaci\u00f3n requiere un intenso trabajo de I+D para mitigar sus efectos.<\/p>\n

\u00a0\"Resultado<\/p>\n

El Instituto de F\u00edsica de Altas Energ\u00edas (IFAE) y el Instituto de F\u00edsica Corpuscular (IFIC, CSI<\/a>C-Universitat de Val\u00e8ncia), participan en la mejora de los sistemas de lectura de informaci\u00f3n y selecci\u00f3n de eventos (trigger) del calor\u00edmetro del experimento ATLAS, uno de los subdetectores que mide la energ\u00eda de las part\u00edculas producidas. Ambos institutos participan tambi\u00e9n en la mejora del componente m\u00e1s cercano a las colisiones, el llamado \u2018detector de trazas\u2019, instrumento que registra la trayectoria de las part\u00edculas cargadas producidas y que se reemplazar\u00e1 en su totalidad para el LHC de Alta Luminosidad. Parte de los nuevos sensores que se instalar\u00e1n en el detector de trazas de ATLAS se fabricar\u00e1 en el Centro Nacional de Microelectr\u00f3nica de Barcelona (IMB-CNM, CSI<\/a>C).<\/p>\n

\"Resultado<\/p>\n

La Unidad de F\u00edsica de Part\u00edculas del CIEMAT, la Universidad de Oviedo (UO) y la Universidad Aut\u00f3noma de Madrid (UAM) contribuyen a la actualizaci\u00f3n del sistema de muones<\/a> de CMS, fundamentalmente en la renovaci\u00f3n de los sistemas electr\u00f3nicos de este subdetector, tanto de lectura como de trigger, que comenzar\u00e1n a probar en la pr\u00f3xima parada del LHC (2019-2020) y se instalaran durante\u00a0 la tercera parada t\u00e9cnica del LHC (2024-2025) previa al inicio del LHC de Alta Luminosidad. El Instituto de F\u00edsica de Cantabria (IFCA, CSI<\/a>C-Universidad de Cantabria) participa junto al IMB-CNM en el desarrollo de nuevos sensores para el detector de v\u00e9rtices de CMS, muy pr\u00f3ximo a las colisiones, y en un nuevo sistema temporal del experimento para paliar el fen\u00f3meno del pileup.<\/p>\n

El Instituto Gallego de F\u00edsica de Altas Energ\u00edas (IGFAE, Universidade de Santiago de Compostela-Xunta de Galicia) participa en la construcci\u00f3n del nuevo detector de v\u00e9rtice del experimento LHCb (Vertex Locator, VELO), cuya actualizaci\u00f3n se realiza antes que ATLAS y CMS, as\u00ed como en la mejora del sistema para seleccionar las colisiones a registrar (High Level Trigger).<\/p>\n

\u00a0\"Resultado<\/p>\n

Por su parte, el IFIC contribuye, junto al Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona (ICCUB), al nuevo sistema de reconstrucci\u00f3n de trazas del detector LHCb mejorado (llamado SciFi), en particular dise\u00f1o y producci\u00f3n de la electr\u00f3nica de lectura de datos, as\u00ed como al desarrollo de algoritmos de reconstrucci\u00f3n y trigger orientados a part\u00edculas de larga vida media. El ICCUB trabaja tambi\u00e9n en el calor\u00edmetro electromagn\u00e9tico de LHCb, en particular en un sistema electr\u00f3nico ultrarr\u00e1pido de lectura de datos de uno de sus componentes.<\/p>\n

Datos b\u00e1sicos del LHC de Alta Luminosidad<\/p>\n

\"Resultado<\/p>\n

– \u2018Luminosidad\u2019 es la medida del n\u00famero de colisiones potenciales por unidad de superficie y tiempo de un acelerador de part\u00edculas. Es un indicador b\u00e1sico del funcionamiento de un acelerador. Se mide en femtobarns inversos: 1 femtobarn inverso equivale a 100 billones de colisiones entre protones<\/a> (1012).<\/p>\n

– Desde su inicio en 2010 hasta el final de 2018 el LHC habr\u00e1 obtenido 150 femtobarns inversos de datos. Se espera que el LHC de Alta Luminosidad produzca 250 femtobarns inversos de datos cada a\u00f1o, hasta los 4.000.<\/p>\n

\"Resultat<\/p>\n

– El LHC de Alta Luminosidad permitir\u00e1 estudiar al detalle la f\u00edsica conocida y observar nuevos fen\u00f3menos. Un ejemplo es el bos\u00f3n<\/a> de Higgs<\/a>, del que se producir\u00e1n 15 millones al a\u00f1o por los 3 millones de 2017.<\/p>\n

– Los nuevos imanes superconductores cuadrupolos, instalados a ambos lados de los experimentos ATLAS y CMS para concentrar los haces antes de la colisi\u00f3n, utilizan un compuesto superconductor de niobio-esta\u00f1o usado por primera vez en un acelerador, lo que permite alcanzar mayores campos magn\u00e9ticos que los actuales imanes del LHC (12 tesla en los nuevos imanes por 8 en los actuales). Este nuevo compuesto se utiliza tambi\u00e9n en los dos imanes dipolos que se sustituir\u00e1n para curvar la trayectoria de los haces.<\/p>\n

\u00a0\"Resultat<\/p>\n

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– Para alimentar el acelerador y sus imanes se utilizar\u00e1n nuevos cables hechos de un material superconductor (boruro de magnesio) capaz de trabajar a mayor temperatura que los imanes y transportar corrientes el\u00e9ctricas con intensidades r\u00e9cord de 100.000 amperios.<\/p>\n

– Los trabajos de ingenier\u00eda para preparar el LHC de Alta Luminosidad comienzan este a\u00f1o en dos puntos del anillo el LHC situados en Suiza (Meyrin, experimento ATLAS) y Francia (Cessy, experimento CMS) con la excavaci\u00f3n de fosas de 80 metros en cada sitio, cavernas subterr\u00e1neas y t\u00faneles de servicio de 300 metros. La instalaci\u00f3n de los primeros componentes del LHC de Alta Luminosidad, los imanes dipolos de 11 tesla, colimadores y diversa instrumentaci\u00f3n para los haces de part\u00edculas) comenzar\u00e1 durante la segunda parada larga del LHC (Long Shutdown 2, LS2, 2019-2020). Pero la mayor parte de los trabajos de mejora se realizar\u00e1n durante la tercera parada t\u00e9cnica, entre 2024 y 2026).<\/p>\n

– El coste material de la mejora del LHC est\u00e1 fijado en 950 millones de francos suizos entre 2015 y 2026, considerando un presupuesto constante del CERN.<\/p>\n

Fuente: CPAN<\/p>\n

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