Ya se han iniciado las colisiones en el LHC para el año 2018

Dibujo20180501 lhcb event 28 apr 2018 lhc cern org

El sábado 28 de abril de 2018 se iniciaron las colisiones de protones a 13 TeV c.m. en el LHC. Se inyectaron dos haces con 1200 paquetes de protones por haz que se hicieron colisonar en los puntos donde se encuentran los detectores (ALICE, ATLAS, CMS y LHCb). Hasta ahora se habían realizado ciertas pruebas de la máquina (entre ellas algunas colisiones, pero que no cuenten en los análisis de física para 2018). Se espera que el último año del LHC Run 2 repita los éxitos del año pasado (todavía no se han completado los análisis de todas las colisiones que se recabaron).

Nos lo ha contado Achintya Rao, “The 2018 data-taking run at the LHC has begun,” CERN News, 30 Apr 2018. Te recomiendo seguir la cuenta de Twitter de Andrew Elwell, @LHCstatus, si te interesa estar informado en tiempo real sobre el estado del LHC. También puedes consultar las vistas de operación (OP vistars), con el resumen en la primera página LHC Page 1 (un resumen del significado de lo que muestra en Daisy Yuhas, “LHC Page 1—decoded!” Symmetry, 19 Mar 2010).

[PS 06 May 2018] Hoy, domingo 6 de mayo, ya hay colisiones con 2556 paquetes de protones por haz. CMS y ATLAS ya han acumulado unos 5 /fb de colisiones. Sin a lugar a dudas el LHC Run 2 en 2018 va viento en popa. [/PS]

Dibujo20180501 lhc page 1 in 01 may 2018

El 29 de abril se pasó a 1227 paquetes de protones por haz de protones y el 30 de abril a 1551 paquetes. Hoy, 1 de mayo, se han inyectado 1887 paquetes por haz (como ilustra esta imagen de la LHC Page 1). Un progreso muy rápido, comparado con las previsiones de hace unos meses (ver, por ejemplo, “El LHC está de vuelta, por Hector García Morales”, LCMF, 14 Mar 2018).

Dibujo20180501 cms event 28 apr 2018 lhc cern org

El objetivo para este año en el LHC es alcanzar 2556 paquetes de protones por haz y acumular un total de 60 /fb (inversos de femtobarn) de colisiones protón contra protón (en 2017 se acumularon 50 /fb). Simplificando mucho, 1 /fb ≈ 100 billones (1014) de colisiones entre protones a 13 TeV en el centro de masas de la colisión. Por tanto, se espera acumular unos 6 000 billones de colisiones en 2018.

Tras las colisiones protón contra protón habrá colisiones entre núcleos de plomo (no hubo colisiones entre iones pesados en 2017). Y tras ella se pasará a la segunda parada larga (LS2) en la que se realizarán mejoras en la máquina y en los detectores. El LHC Run 3 empezará en la primavera de 2021 (quizás con colisiones a 14 TeV c.m., aunque a día de hoy no se puede asegurar).

Dibujo20180503 proton anti proton cross sections

[PS 03 May 2018] ¿Por qué un inverso de femtobarn son unos 100 billones de colisiones? Quizás conviene recordarlo. Cuando disparas un dardo a una diana, tu probabilidad de acierto depende del área de la diana en tu campo de visión, que depende de su diámetro y de la distancia a la que te encuentras de ella. En la colisión entre dos partículas ocurre lo mismo. El área proyectada en la dirección de colisión se llama sección eficaz. Por razones históricas se mide en barns, siendo un barn b = 10−28 m² (100 fm²), más o menos, el área de la sección de un núcleo de uranio.

Aunque se trata de un número pequeño, es muy grande comparado el área de la sección de un protón. Por ello se usan unidades más pequeñas, como el nanobarn (nb), 10−9 b, el picobarn (pb), 10−12 b, el femtobarn (fb), 10−15 b, y el attobarn (ab), 10−18 b. A una energía de 13 TeV c.m., la sección eficaz total de la colisión entre dos protones es de unos 0.1 b = 108 nb = 1014 fb (como ilustra la figura). Por tanto, un inverso de femtobarn 1/fb son unas 1014 fb/fb = 1014 colisiones protón contra protón.

La figura ilustra algunas secciones eficaces para algunos procesos de interés. Por ejemplo, la producción de un chorro hadrónico con una energía (o momento) de unos 100 GeV es de unos 103 nb = 109 fb, lo que significa que una de cada 105 (cien mil) colisiones produce uno de dichos chorros, o que se producen unos mil millones en cada inverso de femtobarn. La sección eficaz de producción de un Higgs con una masa de unos 125 GeV es de unos 10−2 nb = 106 fb, luego se produce un Higgs en una de cada 1010 (diez mil millones de) colisiones, o que se producen un millón de Higgs en cada inverso de femtobarn.

Dibujo20180503 higgs branching ratio

Por supuesto, muy pocos se detectan, pues la detección depende de la fracción (branching ratio) de desintegraciones que se producen en cada canal (modo de detección). Por ejemplo, en el canal difotónico, H →γγ (desintegración de un Higgs en dos fotones vía tres W), la fracción de desintegración es de 2 × 10−3, luego en un millón de Higgs solo se desintegran en este canal unos 2000 (por cuestiones de eficiencia de los detectores el número de los detectados es menor). Más información sobre canales de desintegración en este blog en “El bosón de Higgs tras cinco años de su anuncio”, LCMF, 07 Jul 2017. [/PS]


4 Comentarios

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Fernando

Por una vez veo una aproximación clara de la cantidad de colisiones que supone 1/fb… muchas gracias.
Para un simple aficionado a la física al que se le escapan toneladas de cosas, esa aproximación, por burda que sea, aclara mucho.
Hace tiempo que me pregunto con qué almacenamiento cuentan en el centro de datos del CERN, debe de ser bestial… y supongo que no pueden borrar los datos viejos, pues nuevos análisis con nuevos algoritmos sobre datos viejos pueden dar muchísima información nueva.
Saludos

Juan CarlosJuan Carlos

Aquí se dice que el objetivo para este año en el LHC es alcanzar 2556 paquetes.
Sin embargo según tengo entendido el LHC se diseño para 2808 paquetes.
¿Cuándo se conseguirá esa intensidad de 2808 paquetes?

Francisco R. Villatoro

Juan Carlos, ahora mismo se trabaja a 13 TeV en lugar de 14 TeV y con un máximo de 2556 paquetes en lugar de 2808 por cuestiones de seguridad; haces de protones más densos implican mayor densidad energía y la posibilidad de causar daños en la máquina. En el LS2 se pretende solucionar este problema y que la máquina logre funcionar a 14 TeV con 2808 paquetes en el LHC Run 3; crucemos los dedos para que lo logren.

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