Gerardo Herrera Corral*
El acelerador más grande del mundo está de vuelta.
Después de que en diciembre de 2018 suspendiera sus operaciones, con objeto de realizar labores de mantenimiento y preparación para dar la bienvenida al Gran Colisionador de Hadrones de Alta Luminosidad (HiLumi, HL-LHC, por sus siglas en inglés), el acelerador ha comenzado a operar, produciendo colisiones de protones contra protones a una energía nunca vista.
Los trabajos realizados en HL-LHC son tan importantes que algunos consideran que se trata de un nuevo acelerador. Como fuere, por ahora, y hasta 2024, el LHC funcionará con mejores parámetros, en mejores circunstancias, si bien no con la luminosidad que promete HiLumi, máquina cuyo inicio de operaciones está previsto hacia 2026.
Quienes llevan a cabo los diversos experimentos en los puntos del anillo, donde los haces de protones y de iones pesados se encuentran de manera violenta, han aprovechado todo este tiempo para actualizar sus sistemas, reemplazar detectores, la electrónica, los sistemas de control y han mejorado sus procedimientos de adquisición de datos.
México participa desde hace 28 años en el experimento ALICE, acrónimo de Gran Experimento Colisionador de Iones (en inglés, A Large Ion Collider Experiment). La colaboración internacional construyó un detector dedicado al estudio del encuentro de iones pesados de plomo para replicar en el laboratorio, de manera controlada, las primeras etapas del Universo temprano. Las condiciones de temperatura y presión que existían en ese entonces, cuando apenas tenía unos microsegundos de edad, ya han sido medidas con los datos que se registraron en 2009, desde que comenzaron las actividades de investigación.
Uno de los descubrimientos más asombrosos fue algo inesperado: la materia primordial, conocida como plasma de quarks y gluones, se comporta como un líquido perfecto, fluye sin resistencia con una viscosidad tan baja que se acerca al límite mínimo que establece la mecánica cuántica. Habíamos pensado que a estas temperaturas todo se habría convertido en un gas caliente, pero no, la fuerza fuerte que atrae a los quarks entre sí domina el estado de la materia más fundamental que existe.
La sopa caliente de quarks y gluones es la materia inicial de la que proviene todo lo que nos rodea; entender sus propiedades nos dará una mejor idea de la evolución del Universo. En los años por venir queremos entender más de ese plasma extraordinario; por eso ALICE tiene muchos años por delante en la búsqueda de soluciones a los misterios que se esconden en el microscópico universo líquido, producto del choque de iones pesados.
Para profundizar en el conocimiento de éste y otros temas el experimento actualizó sus detectores. El equipo mexicano, formado por investigadores de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP), del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav), Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) y Universidad Autónoma de Sinaloa (UAS) construyeron una nueva versión del detector VZERO, para el estudio de colisiones rasantes y una parte de lo que será una nueva Cámara de Proyección Temporal.
El dispositivo que ahora se llama VZERO-plus forma parte del sistema de disparo del experimento, es más veloz que el anterior, tiene una mayor resolución en tiempo y está listo para operar. Ahora forma parte de un sistema más completo que se llama FIT (por las siglas en inglés de Fast Interaction Trigger) o Disparador Rápido de la Interacción; responde a la radiación incidente que proviene de las colisiones con una definición de 200 picosegundos, esto es, 0.2 mil millonésimas de segundo. Así, dos señales distintas separadas por este ínfimo lapso ¡se pueden distinguir sin problemas! Para alcanzar esta portentosa resolución es necesario leer celdas pequeñas de material centellador con más de 50 mil fibras ópticas que transportan la luz hasta los dispositivos donde es convertida en una señal eléctrica.
El grupo mexicano también diseñó, construyó e instaló el detector FDD (por las siglas en inglés de Forward Diffractive Detector), sustituto del anterior AD (ALICE Diffractive), de igual forma, propuesto, diseñado, construido y operado por el grupo mexicano. Dicho ingenio amplía la eficiencia de ALICE y mejora la capacidad de aceptar eventos llamados “difractivos”. Estos sucesos son un tipo curioso de interacción que no cambia la naturaleza de los protones al cruzarse, pero sí produce partículas nuevas. Esto mismo ocurre en las colisiones normales, donde los protones originales dejan de existir después de haber chocado. Tales interacciones pueden llegar a constituir un 30% de lo que ocurre cuando los protones colisionan. Con el detector FDD no pasarán desapercibidas.
Uno de los cambios importantes del experimento, llevado a cabo durante los más de tres años de pausa, implicó la actualización de la Cámara de Proyección Temporal (TPC, por las siglas en inglés de Time Projection Chamber). Consistió en modificar la manera como este segmento del detector reconstruye la trayectoria de las partículas emanadas de los choques.
El equipo mexicano apoyó dicho proceso de mejoras con el diseño de los medidores de las fuentes de alimentación.
La Cámara TPC es un cilindro que sostiene un alto campo eléctrico entre las tapas, separadas por cinco metros. Cuando la radiación que se produce en las colisiones atraviesa el volumen del cilindro, se generan iones que se precipitan a dichas tapas. Allí se colocan detectores que miden la llegada de la carga eléctrica y, de esa manera, reconstruyen la trayectoria.
Estas tapas activas requieren de fuentes reguladas de voltaje que deben ser monitoreadas con gran precisión. Las corrientes eléctricas son del orden de los picoamperes. México ha participado en el diseño de semejantes dispositivos de precisión. La Cámara de Proyección Temporal es la más grande del mundo y, de alguna manera, es el corazón del experimento ALICE.
El LHC ha comenzado la toma de datos. Este periodo continuará hasta la llegada del Gran Colisionador de Hadrones de Alta Luminosidad, el cual capturará eventos con una mayor velocidad. Así que, a partir de 2026, un experimento más veloz y eficiente proseguirá con el programa de investigación, por lo menos, hasta 2030. México ya forma parte de ese nuevo escenario. El acelerador más grande del mundo ha sido recargado. Entrará en la siguiente década con grandes posibilidades de observar fenómenos inéditos. En los años por venir, el experimento ALICE se servirá de HiLumi a fin de proporcionar información de gran valor sobre el origen del Universo y la estructura fundamental de la materia.
