Què aporta l'actualització al CERN
Sis anys després del descobriment, el bosó de Higgs valida una predicció. Aviat, una actualització de Large Hadron Collider permetrà als científics del CERN produir més d'aquestes partícules per provar el model estàndard de física
Un esdeveniment candidat ATLAS per al bosó de Higgs (H) que es desintegra a dos quarks inferiors (b), en associació amb un bosó W que es desintegra en un muó (μ) i un neutrin (ν). (Imatge: ATLAS/CERN) Escrit per Rashmi Raniwala i Sudhir Raniwala
jules wainstein per valor del 2016
Sis anys després que es descobrís el bosó de Higgs al Gran Col·lisionador d'Hadrons (LHC) del CERN, els físics de partícules van anunciar la setmana passada que havien observat com es desintegra la partícula esquiva. La troballa, presentada per les col·laboracions ATLAS i CMS, va observar que el bosó de Higgs es decaïa en partícules fonamentals conegudes com a quarks de fons.
L'any 2012, el descobriment del bosó de Higgs, guanyador del Nobel, va validar el model estàndard de física, que també prediu que al voltant del 60% del temps un bosó de Higgs es desintegrarà en un parell de quarks inferiors. Segons el CERN, provar aquesta predicció és crucial perquè el resultat donarà suport al model estàndard, que es basa en la idea que el camp de Higgs dota de massa als quarks i altres partícules fonamentals, o bé donarà suport als seus fonaments i apuntarà a una nova física.
El bosó de Higgs es va detectar estudiant les col·lisions de partícules a diferents energies. Però només duren un zeptosegon, que és de 0,000000000000000000001 segons, de manera que detectar i estudiar les seves propietats requereix una quantitat increïble d'energia i detectors avançats. El CERN va anunciar a principis d'any que rebrà una actualització massiva, que estarà completada el 2026.
Per què estudiar les partícules?
La física de partícules sondeja la naturalesa a escales extremes per entendre els components fonamentals de la matèria. De la mateixa manera que la gramàtica i el vocabulari guien (i restringeixen) la nostra comunicació, les partícules es comuniquen entre elles d'acord amb determinades regles que estan incrustades en el que es coneixen com les 'quatre interaccions fonamentals'. Les partícules i tres d'aquestes interaccions es descriuen amb èxit mitjançant un enfocament unificat conegut com a model estàndard. El SM és un marc que requeria l'existència d'una partícula anomenada bosó de Higgs, i un dels principals objectius de l'LHC era buscar el bosó de Higgs.
Com s'estudien partícules tan petites?
Els protons es recullen en grups, s'acceleren a gairebé la velocitat de la llum i es fan xocar. Moltes partícules sorgeixen d'aquesta col·lisió, anomenada esdeveniment. Les partícules emergents presenten un patró aparentment aleatori, però segueixen les lleis subjacents que regeixen part del seu comportament. L'estudi dels patrons d'emissió d'aquestes partícules ens ajuda a entendre les propietats i l'estructura de les partícules.
Inicialment, l'LHC va proporcionar col·lisions a energies sense precedents que ens van permetre centrar-nos a estudiar nous territoris. Però, ara és el moment d'augmentar el potencial de descobriment de l'LHC registrant un nombre més gran d'esdeveniments.
(Font: CERN) Aleshores, què significarà una actualització?
Després de descobrir el bosó de Higgs, és imprescindible estudiar les propietats de la partícula recent descoberta i el seu efecte sobre la resta de partícules. Això requereix un gran nombre de bosons de Higgs. El SM té les seves mancances, i hi ha models alternatius que omplen aquests buits. La validesa d'aquests i altres models que proporcionen una alternativa a l'SM es pot provar mitjançant l'experimentació per comprovar les seves prediccions. Algunes d'aquestes prediccions, incloses els senyals de matèria fosca, partícules supersimètriques i altres misteris profunds de la natura, són molt rares i, per tant, difícils d'observar, la qual cosa requereix encara més la necessitat d'un LHC d'alta lluminositat (HL-LHC).
Imagineu-vos que intenteu trobar una varietat rara de diamants entre un gran nombre de peces aparentment semblants. El temps necessari per trobar el cobejat diamant dependrà del nombre de peces proporcionades per unitat de temps per a la inspecció i del temps que es triga a inspeccionar. Per completar aquesta tasca més ràpidament, hem d'augmentar el nombre de peces proporcionades i inspeccionar més ràpidament. En el procés, es poden descobrir algunes peces noves de diamant, fins ara desconegudes i desconegudes, canviant la nostra perspectiva sobre varietats rares de diamants.
Un cop actualitzat, augmentarà la taxa de col·lisions i també augmentarà la probabilitat d'esdeveniments rars. A més, discernir les propietats del bosó de Higgs requerirà el seu abundant subministrament. Després de l'actualització, el nombre total de bosons de Higgs produïts en un any pot ser aproximadament 5 vegades el nombre produït actualment; i en la mateixa durada, el total de dades registrades pot ser més de 20 vegades.
Amb la lluminositat proposada (una mesura del nombre de protons que es creuen per unitat d'àrea per unitat de temps) de l'HL-LHC, els experiments seran capaços d'enregistrar unes 25 vegades més dades en el mateix període que el funcionament de l'LHC. El feix de l'LHC té uns 2.800 grups, cadascun dels quals conté uns 115 mil milions de protons. El HL-LHC tindrà uns 170.000 milions de protons a cada grup, contribuint a un augment de la lluminositat per un factor d'1,5.
Com s'actualitzarà?
Els protons es mantenen junts al grup mitjançant camps magnètics forts de tipus especials, formats amb imants quadrupols. Centrar el grup en una mida més petita requereix camps més forts i, per tant, corrents més grans, la qual cosa requereix l'ús de cables superconductors. Les tecnologies més noves i el material nou (Niobi-estany) s'utilitzaran per produir els camps magnètics forts necessaris que són 1,5 vegades els camps actuals (8-12 tesla).
patrimoni net al pací
S'està provant la creació de bobines llargues per a aquests camps. S'instal·laran nous equips en 1,2 km de l'anell LHC de 27 km a prop dels dos experiments principals (ATLAS i CMS), per enfocar i estrènyer els raïms just abans de creuar-se.
Per connectar els convertidors de potència a l'accelerador s'utilitzaran cables de cent metres de material superconductor (enllaços superconductors) amb capacitat de transportar fins a 100.000 amperes. L'LHC obté els protons d'una cadena acceleradora, que també s'haurà d'actualitzar per complir els requisits de l'alta lluminositat.
Com que la longitud de cada raïm és d'uns pocs cm, per augmentar el nombre de col·lisions s'està produint una lleugera inclinació en els raïms just abans de les col·lisions per augmentar l'àrea efectiva de superposició. Això s'està fent utilitzant 'cavitats de cranc'.
La comunitat experimental de física de partícules a l'Índia ha participat activament en els experiments ALICE i CMS. El HL-LHC també requerirà una actualització d'aquests. Tant el disseny com la fabricació dels nous detectors, i l'anàlisi de dades consegüent, tindran una contribució important dels científics indis.
Comparteix Amb Els Teus Amics:
