La prueba criogénica marca un paso significativo hacia un aumento de 10 veces en los datos de colisiones en el acelerador de partículas más potente del mundo.
El CERN ha cruzado un umbral tecnológico clave en su esfuerzo de larga duración para mejorar el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Los ingenieros comenzaron a enfriar la instalación de pruebas de 95 metros de largo a sólo 1,9 Kelvin, recreando las condiciones extremas en las que operarán los futuros LHC de alto brillo.
La estructura, conocida como Inner Triplet String, es una réplica a escala real del dispositivo que eventualmente se instalará a gran profundidad a ambos lados de los principales puntos de interacción del colisionador.
Su función es simple pero extremadamente importante. Demostraremos que una nueva generación de imanes superconductores y sus sistemas de soporte pueden trabajar juntos de manera confiable antes de ser implementados dentro de un túnel.
Esta fase de prueba se produce antes de la gran parada de cuatro años del LHC, prevista para comenzar este verano, durante la cual la máquina existente se convertirá en el LHC de alta luminosidad (a menudo abreviado como HiLumi LHC). Una vez completada la actualización, se espera que esté operativa alrededor de 2030.
Al comentar sobre la actualización, el Director General del CERN, Mark Thomson, dijo:
«Combinando nuevas herramientas de datos sofisticadas y detectores mejorados, podremos comprender por primera vez cómo interactúa el bosón de Higgs consigo mismo. Se trata de una medición importante que arroja luz sobre los primeros momentos del universo y su posible destino».
«HiLumi LHC también explora territorios inexplorados y tiene el potencial de revelar algo completamente nuevo e inesperado. Ese es el objetivo de explorar lo desconocido: no sabemos qué hay ahí fuera».
Cómo el brillante LHC transformará la investigación en física de partículas
El objetivo de un LHC de alta luminosidad es aumentar drásticamente el brillo y, por tanto, el número de colisiones de partículas producidas a lo largo del tiempo. En la práctica, esto significa producir hasta 10 veces más datos de los que puede proporcionar el LHC actual.
Este aumento es importante porque permitirá a los físicos estudiar partículas conocidas, incluido el bosón de Higgs, con más detalle y también mejorará las posibilidades de descubrir fenómenos raros o inesperados.
Más colisiones significan mejores estadísticas, mediciones más precisas y una imagen más clara de dónde comienza a fallar el modelo estándar de física de partículas.
Prueba de imanes para superar los límites técnicos
La pieza central de la actualización es un nuevo imán de enfoque de haz conocido como triplete interno. Mientras que los imanes actuales utilizados en el LHC se basan en superconductores de niobio y titanio, los imanes del LHC de alto brillo se construyen con niobio y estaño. Este material permite campos magnéticos extremadamente fuertes, que son esenciales para que los haces de partículas colisionen más estrechamente.
Estos imanes funcionan a la misma temperatura que los imanes existentes del LHC (sólo 1,9 Kelvin, ligeramente por encima del cero absoluto).
Lograr y mantener estas condiciones requiere sistemas criogénicos complejos que utilizan helio líquido y una infraestructura de energía, protección y acondicionamiento igualmente compleja.
Inner Triplet String combina todos estos elementos en una única instalación sobre el suelo, dispuesta para reflejar el diseño que se utilizará bajo tierra una vez que comience la actualización.
Integración previa a la instalación
«Todos los sistemas ya han sido probados individualmente», afirmó Oliver Brüning, director de aceleradores y tecnología del CERN. «El objetivo de la cadena triplete interna es validar la integración y el rendimiento general en condiciones operativas».
Al ejecutar el sistema completo como una unidad, dijo Brüning, el equipo podrá refinar los procedimientos e identificar problemas potenciales mucho antes de que comiencen los trabajos de instalación en el túnel del LHC. Se espera que esta preparación reduzca el riesgo durante el Parada Prolongada 3 y permita que la actualización se realice según lo previsto.
Se espera que el proceso de enfriamiento en sí demore varias semanas, lo que refleja la escala y la complejidad del equipo involucrado.
Actualizaciones más allá de los aceleradores
El proyecto High Luminosity LHC va mucho más allá del hardware del colisionador. Los dos experimentos más grandes, ATLAS y CMS, han experimentado importantes mejoras para hacer frente a mayores tasas de colisiones y volúmenes de datos.
Estos esfuerzos involucran a cientos de instituciones de investigación de todo el mundo e incluyen nuevos detectores, electrónica y sistemas de procesamiento de datos. También se están realizando mejoras en todo el complejo de aceleradores del CERN para satisfacer las demandas de la máquina mejorada.
Con las primeras pruebas criogénicas del sistema completo ya en marcha, el LHC de Alta Luminosidad ha pasado de las pruebas de diseño y componentes a una fase de integración definitiva, acercando pasos concretos al próximo capítulo de la física de altas energías.
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