Rompiendo protones en las catedrales de la ciencia

La pintoresca zona fronteriza franco-suiza entre los Alpes y las montañas del Jura ha atraído durante mucho tiempo a esquiadores y excursionistas de todo el mundo. Pero el 30 de marzo, físicos y periodistas se reunieron en este valle, cerca de Ginebra, ansiosos por presenciar la historia a 100 metros bajo la superficie.

en construcción Markus Klute les dio a los miembros de la facultad del MIT un recorrido durante la construcción del CMS (de izquierda a derecha: Daniel Freedman, Klute, Christoph Paus y Edward Farhi).

Los visitantes encontraron el camino a la sala de control del Compact Muon Solenoid (CMS), un dispositivo alojado en una de las cuatro enormes cavernas subterráneas del Gran Colisionador de Hadrones (a los físicos les gusta llamarlas catedrales de la ciencia) que están conectadas por 27 kilómetros de túneles. . Con 15 metros de diámetro por 22 metros de largo y un peso de 12.500 toneladas, más que la Torre Eiffel, el CMS estaba listo para enviar cientos de miles de millones de protones a toda velocidad a través de pequeños tubos de vacío a velocidades cercanas a la velocidad de la luz. Cuando se estrellaran, el dispositivo mediría por primera vez la posición precisa y la energía de las partículas producidas por tales colisiones, dando a los físicos un primer vistazo a la física subyacente.

Esta historia fue parte de nuestro número de septiembre de 2010

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A la hora del almuerzo, el centro de control de CMS estaba lleno. A las 12:58 p.m., los monitores de velocidad que rastrean la actividad dentro del detector CMS se dispararon, revelando la presencia de las primeras colisiones protón-protón. Segundos después, las primeras imágenes de las interacciones de los protones y las nuevas partículas que producían iluminaron las pantallas. Las partículas cargadas reconstruidas aparecieron como puntos de color amarillo brillante con tentáculos dorados; las deposiciones de energía se indicaron mediante rectángulos rojos y azules de diferentes tamaños. Aplausos y vítores salvajes estallaron y se prolongaron durante minutos. Una palpable sensación de alivio inundó la habitación. Veinticinco años después de que se concibiera por primera vez la idea de un Gran Colisionador de Hadrones en el CERN, y 12 años después de que comenzara la construcción, el LHC había logrado las colisiones protón-protón de mayor energía de la historia, comenzando una nueva era en la física de partículas.

Esa noche, en la sede del CERN, los restaurantes del laboratorio anfitrión del LHC se llenaron de discusiones sobre los eventos del día. Al igual que las habituales conversaciones animadas sobre la calidad de la nieve en los Alpes, la Copa del Mundo de fútbol y los últimos avances en física, informática e ingeniería, estos intercambios se llevaron a cabo en inglés en varios niveles de competencia, aunque también se podrían utilizar una docena de otros idiomas. Escuchó. Alcanzar el hito de las primeras colisiones a siete teraelectronvoltios fue motivo de celebración. Un fracaso ese día hubiera sido realmente malo para nuestro campo.

Desde marzo, el LHC ha funcionado bien, produciendo numerosas colisiones. Se están discutiendo las primeras observaciones de los eventos de los bosones W y Z en los experimentos del LHC; Debido a que ya habíamos medido las propiedades de los bosones con muy alta precisión en detectores más pequeños, sirven como velas estándar para la alineación y calibración del LHC. Se espera que los primeros quarks superiores, las partículas elementales más pesadas conocidas, aparezcan pronto. Los científicos conocen estas partículas desde hace muchos años, pero la comunidad física está muy emocionada ante la perspectiva de ver evidencia de ellas de primera mano en el LHC. Y esa emoción solo se intensificará si vemos fenómenos verdaderamente nuevos.

Pueden pasar años antes de que encontremos respuestas a preguntas tan importantes como de dónde proviene la masa de las partículas elementales, en qué consiste la materia oscura observada en las galaxias y si realmente existen la supersimetría y las dimensiones adicionales propuestas por la teoría de cuerdas. Pero nos estamos acercando, ahora que somos capaces de crear nuevas partículas masivas y sondear la materia a escalas muy pequeñas. Los resultados de los experimentos del LHC establecerán la agenda para las futuras generaciones de físicos de partículas.

El objetivo de mi equipo en el MIT es encontrar el bosón de Higgs tan buscado, cuyo descubrimiento proporcionaría información sobre cómo las partículas adquieren masa. Aunque el bosón de Higgs entró en el panorama teórico hace 40 años, sigue siendo esquivo porque rara vez se produce y se desintegra instantáneamente. El desafío experimental es identificar la firma de sus productos de descomposición, una tarea complicada por la existencia de otros procesos con firmas similares. El desafío puede compararse con encontrar no una aguja en un pajar, sino más bien un trozo de heno distinto. Comencé a trabajar en esto como estudiante hace casi 12 años, y ahora la comunidad científica finalmente tiene las herramientas a mano para hacer posible el descubrimiento. Es un momento emocionante para ser un físico de partículas y una oportunidad única en la vida de trabajar en el centro de esta emoción.

Markus Klute es profesor asistente de física y dirige el equipo del MIT que busca el bosón de Higgs en el LHC. Para ver imágenes del experimento CMS del 30 de marzo, visite technologyreview.com/LHC.

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