Colisiones a 900 GeV c.m. en ATLAS y CMS del LHC en el CERN

Dibujo20150517 atlas - proton-proton collisions at 900 gev cm - atlas lhc cern

El LHC está arrancando y se está realizando multitud de pruebas. Entre ellas las primeras colisiones controladas en los grandes detectores ATLAS y CMS. Se realizaron el 5 de mayo con los haces de protones sin acelerar, a la energía de inyección (450 GeV por haz tras abandonar SPS, Super Proton Synchrotron). Por tanto fueron colisiones a 900 GeV c.m. (en el centro de masas). Esta figura muestra una de estas colisiones en el detector ATLAS (se han obtenido también en CMS, ALICE y LHCb). El objetivo de estas colisiones controladas es que los técnicos de los detectores realicen ajustes y los preparen para las colisiones de interés físico a 13 TeV c.m. que se iniciarán en junio.

Más información en Abha Eli Phoboo, “First Collisions At Injection Energy,” ATLAS News, 08 May 2015; “Splashes for Synchronization,” ATLAS News, 15 Apr 2015. Más eventos en ATLAS event displays, 900 GeV Collisions, CMS event at 900 GeV – 5 May 2015, y CMS first post-LS1 splash events.

Dibujo20150517 event - atlas - proton-proton collisions at 900 gev cm - atlas lhc cern

Este tipo de imágenes de eventos/sucesos en ATLAS serán habituales en este blog dentro de unos meses, conforme se vaya redescubriendo el modelo estándar en el LHC Run II. El 5 de mayo sólo se inyectaron tres paquetes de protones, cada uno con unas decenas de miles de millones de protones a 450 GeV (recuerda que la masa de un protón es de casi 1 GeV/c²). Gracias a estas colisiones a baja energía se puede validar/verificar toda la cadena de toma de datos de colisiones. Por supuesto, se han observado otros eventos con anterioridad (sobre todo debido a rayos cósmicos).

Dibujo20150517 beam splash - atlas - lhc cern

Otras pruebas realizadas con los detectores han sido los beam splashes, que se usan para ajustar la sincronización de todos los detectores. Estas pruebas se realizaron el 7 de abril y como muestran estas figuras se activan todos los detectores (la longitud de la barra en amarillo indica la energía depositada en los calorímetros). En estas pruebas un paquete de protones en un haz se hace colisionar con un colimador (que normalmente está abierto para dejar pasar los haces). Como resultado se produce una lluvia de partículas que se comporta como una ola gigante (casi un tsunami) en los detectores.

Gracias a que se activan todos los detectores se pueden sincronizar todos los relojes internos para la toma de datos. Hay que recordar que en el LHC Run I se trabajó con colisiones cada 50 nanosegundos (20 MHz) y que en el LHC Run II se trabajará con colisiones cada 25 nanosegundos (40 MHz). Por ello, la sincronización de todos los detectores es de importancia fundamental.

Dibujo20150517 event - cms - proton-proton collisions at 900 gev cm - cms lhc cern

Para los que quieran ver los eventos/sucesos en el otro gran detector del LHC, llamado CMS, incluyo estas figuras de colisiones a 900 GeV c.m. en las pruebas del 5 de mayo.

Dibujo20150517 beam splash - cms - lhc cern

Estas imágenes muestran los beam splashes del 7 de abril en CMS. He buscado, sin éxito, imágenes similares de ALICE y LHCb pero no las he encontrado. Aún así su interés es limitado y no he insistido mucho en la búsqueda.

 



12 Comentarios

  1. Una pregunta sobre las energías y la relatividad. ¿Realmente se pueden sumar así las energías? Lo digo pensando en el típico problema de relatividad de “dos naves se alejan de la tierra a velocidad 0.9c. La velocidad relativa nave-nave no será 1.8c”. No pasa algo parecido aqui?

    1. Sin ser ni mucho menos experto en el tema, no tiene nada que ver.

      Una cosa sería sumar una velocidad a otra en el mismo sentido, pero en este caso consiste en “hacerlas chocar de frente”. Las velocidades de las partículas permanecen inalteradas, pero la energía resultante del choque si que se suma

    2. Todo, la energía inicial de las partículas y el resultado del choque, lo estás viendo desde el sistema centro de masa (CM). Otra cosa sería tratar de ver la colisión desde el sistema de una de las partículas teniendo el dato de las energías en el sistema CM, allí sí que habría que hacer transformaciones, pero aquí todo, tanto las partículas que se mueven al principio como las que resultan luego del choque son vistas desde el mismo sistema de referencia por lo que no hay nada que transformar.
      Saludos,
      Ricardo

  2. Espero que no ocurra nada malo, tengo miedo y una sensación rara. Tengo miedo de que sea el fin del mundo. Soy de esos a los que la explicación de los rayos cósmicos no convence de la seguridad, porque no creo que sea lo mismo una partícula contra uno blanco que dos partículas aceleradas una contra otra. Tengo pánico

    1. Tranquilo, CarltonBanks, hay colisiones de rayos cósmicos con átomos de la atmósfera unas mil veces más energéticas que las colisiones del LHC y no pasa nada (ni ha pasado nada en la Tierra en los últimos miles de millones de años). Así que tranquilo… hay problemas muchos más graves por los que preocuparse que las colisiones del LHC.

  3. Eso espero Francisco. He leído algo sobre que pasando los 10 TeV se podría producir un condensado de quark tops que se trataría la tierra, porque sería algo de enorme masa y densidad. Me da miedo, así que lo mejor que puedo hacer es pasar esta noche con mi novia, llamar a mi familia y decirles lo mucho que les quiero. Ojalá podamos llegar al viernes y que tengas razón Francisco.

    1. CarltonBanks, no es posible la existencia de un “condensado de quark tops” pues la vida media del quark top es menor que el tiempo de hadronización. No sé dónde lo habrás oído, pero no tiene sentido. Producir tres o cuatro quarks top es unas cien mil veces más improbable que producir dos quarks top (y unas diez mil veces que producir un quark top). Será muy difícil, yo diría que imposible, que se observen un trío o un cuarteto de quarks top en las colisiones a 13 TeV en el LHC durante 2015. Más información, por ejemplo, en “Three Top Quarks: A Door To New Physics ?

      Quizás hayas oído hablar de las teorías topcolor, en las que existen condensados de quarks top. Hoy en día estas teorías están descartadas porque predicen un quark top tres veces más pesado del observado; por supuesto podría tratarse de un “nuevo quark top” aún no descubierto, pero las colisiones del LHC de 2012 descartan su existencia (salvo que sea muy pesado). Estas teorías predicen un bosón de Higgs unas diez veces más pesado del observado, porque en estas teorías el bosón de Higgs en un bosón formado por un “nuevo quark top” y un “nuevo antiquark top” (el condensado de quarks top al que te refieres). No hay indicios de la existencia de un Higgs con dichas características (el ya descubierto no las cumple y si existiera uno por descubrir debería estar acoplado al ya descubierto y tendríamos indicios de su existencia).

      El cambio de colisiones a 8 TeV a colisiones a 13 TeV es demasiado pequeño para que se observe una nueva simetría SU(3) y un modelo tipo topcolor en las colisiones del LHC que se inician este año. Debería haber indicios de su existencia tanto en la física conocida del quark top como en la física del bosón de Higgs. No los hay. Luego caso de que exista dicho modelo no será observado por el LHC Run II (aunque podría observar los primeros indicios de su existencia que deberían ser ratificados por el LHC Run III o el futuro HL-LHC, o HE-LHC, o VLHC, o como se llame el futuro colisionador que ocupará el túnel del LHC).

      Saludos
      Francis

  4. La mayor parte de las veces la gente tiene miedo de lo que no conoce. Lo siento Francisco.

    Imágenes preciosas las de ayer/hoy en los detectores.

    saludos

    1. Por cierto, el rayo cósmico más energético que hemos observado tenía una energía de unos 320 EeV, es decir, unos 320000000 TeV y chocó contra un átomo de la atmósfera. ¿Te pasó algo? Este tipo de colisiones ocurren todos los días en nuestro planeta.

      Tener miedo de un choque similar a 13 TeV no tiene sentido. Ocurren a 100 metros bajo tierra, cerca de Ginebra, a miles de kilómetros de tu casa; los rayos cósmicos colisionan con los átomos de la atmósfera justo encima de tu cabeza, a sólo unos kilómetros de altura, y pueden ser millones de veces más energéticos.

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 17 mayo, 2015
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