UNIVERSITAT DE VALENCIA

· El (LHC) alcanza por primera vez los , energía a la que da comienzo a su programa de investigación

· El Instituto de (IFIC) ha desarrollado parte del detector de trazas de silicio del mayor experimento del LHC

El LHC, el mayor de partículas del mundo y uno de los experimentos científicos internacionales más importantes, ha alcanzado su máxima potencia hasta la fecha al haber conseguido colisionar haces de impulsados a una energía de 3,5 TeV (teraelectronvoltios) cada uno. Esto supone alcanzar energías nunca vistas de 7 TeV, que se mantendrán durante un periodo de entre 18 y 24 meses y que marcan el inicio del programa de investigación del Centro Europeo para la Investigación Nuclear (). El Instituto de Física Corpuscular (IFIC), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat de València, ha fabricado 280 módulos de silicio del detector de trazas de ATLAS, el mayor experimento del LHC, ha calibrado el sistema de alineación de los más de 6.000 módulos que lo componen y ha participado en la construcción de otro de sus instrumentos, el calorímetro hadrónico. El desarrollo de esta tecnología permite a los científicos del centro participar en el desarrollo de la próxima generación de detectores de partículas.

La participación del IFIC en este gran experimento científico, así como la del resto de organismos de investigación y universidades españolas implicadas en el LHC, se coordina a través del Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN), proyecto Consolider 2010 gestionado por el CSIC y cuya sede administrativa se encuentra también en Valencia. El IFIC ha realizado parte del detector interno de ATLAS, un instrumento formado por 6.000 módulos de silicio que se utilizan para reconstruir la trayectoria de las partículas cargadas que resultan de la interacción, esto es, del choque de los haces de partículas acelerados en el LHC.

“Estas piezas deben estar perfectamente ensambladas y alineadas para poder reconstruir la trayectoria fielmente con una precisión de unas milésimas de milímetro”, explica Carmen García, investigadora del CSIC del IFIC participante en el experimento. “Para ello los científicos deben saber exactamente la posición de cada lámina de silicio del detector mediante un proceso denominado alineamiento”. Así, en el centro valenciano se ha desarrollado el algoritmo de alineamiento de los detectores de silicio de todo el experimento ATLAS. Este modelo matemático fue desarrollado mediante pruebas con rayos cósmicos, que fueron contrastadas con las primeras del LHC en 2008 y 2009.

Futuros detectores

Según Carmen García, “esta tecnología no se realizaba en el IFIC antes de la participación en ATLAS, pero su desarrollo ha permitido al centro ser competitivo en proyectos futuros” como la construcción del detector de silicio que sustituirá al actual en el LHC y los futuros Colisionadores Lineales. Además, esta tecnología tiene aplicaciones en el campo de la física médica, campo de investigación en el que Valencia contará con el Instituto de Física Médica (IFIMED), aprobado como Gran Instalación de Investigación en Imagen y Aceleradores aplicada a la Medicina por parte del Ministerio de Ciencia e Innovación y la Generalitat Valenciana.

En total han sido 40 científicos del IFIC los participantes tanto en la construcción del detector como en su puesta en marcha y en el análisis de los datos. Además, el IFIC alberga gran parte de uno de los Tier 2 del experimento ATLAS, un centro de almacenamiento y procesamiento de datos procedentes del CERN. De entre la enorme cantidad de datos que se generan por cada colisión (unas 40 millones de colisiones cada segundo, estiman los científicos), se seleccionan los más relevantes en función de una serie de parámetros (energía producida en la interacción, número de partículas, etcétera) establecidos según modelos teóricos y simulaciones informáticas. Éstos son los que se distribuyen a través de la red GRID, una serie de ordenadores conectados situados en distintas partes del mundo que almacenan la información que se produce en Ginebra, la sede del LHC. Una de las aplicaciones creadas para compartir la información generada en el anterior acelerador de partículas del CERN fue la world wide web, modelo en el que se basa el actual Internet.

Objetivos científicos

ATLAS es un detector que los científicos denominan “de propósito general”, que, entre otros objetivos, tiene como principal misión descubrir el bosón de Higgs, la partícula que, según los científicos, otorgaría masa a las partículas fundamentales (los “ladrillos” que componen la materia). “El (bosón de) Higgs sólo se detectaría a través de otras partículas que son resultado de su desintegración y a unos niveles de energía determinados”, comenta la investigadora del CSIC. Según el CERN. Otro de los propósitos de ATLAS es producir materia oscura, que conforma el 25% del Universo pero cuya existencia nunca ha sido comprobada.

Asimismo, otro de los problemas fundamentales de la Física que se pretende resolver en ATLAS es la relación materia-antimateria: al principio del Universo existían cantidades iguales de materia y antimateria (una especie de ‘reflejo’ o doble de las partículas fundamentales que los científicos suponen simétrica a la materia). Sin embargo, la teoría predice que, si fuesen completamente simétricas, materia y antimateria se habrían aniquilado, impidiendo la creación de partículas más complejas y, a partir de ahí, la formación de todo lo que existe (galaxias, estrellas, planetas, etc.). Aún no se sabe por qué hubo un exceso de materia, aunque los científicos sospechan que materia y antimateria no son completamente simétricas.

Además, en ATLAS se buscarán nuevas partículas y se explorará la existencia de nuevas dimensiones. Esto será posible porque el LHC, donde las grandes energías permiten acelerar las partículas a velocidades cercanas a las de la luz para hacerlas colisionar, creará condiciones similares a las que existieron instantes después del origen del Universo. ATLAS es el mayor y uno de los más complejos detectores que conforman el LHC (junto a CMS, ALICE Y LHCb). Mide 46 metros de largo y 25 de ancho y, además del detector interno en el que han participado los científicos valencianos, dispone de otros detectores como el calorímetro hadrónico (un instrumento que detecta la partículas más pesadas donde ha colaborado el Instituto de Física de Altas Energías, centro de la Universidad Autónoma de Catalunya y la Generalitat y el propio IFIC de Valencia), el calorímetro electromagnético (que sólo detecta electrones y fotones y en cuya construcción ha participado la Universidad Autónoma de Madrid) y espectrómetros de muones.