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24 septiembre 2022
J. Alberto Castro
Columnas

PRESENCIA DE LA UNAM EN EL GRAN COLISIONADOR DE HADRONES

“Entender la naturaleza de las partículas fundamentales”.

Para descubrir la física que ocurre a nivel subatómico y entender a la naturaleza en sus dimensiones más pequeñas la ciencia moderna impulsa la creación de aceleradores de partículas a energías muy altas. A lo largo de los últimos 50 años se construyeron muchos aceleradores de partículas que aumentaban en tamaño y en la velocidad a la que se aceleran las partículas.

Hoy contamos con el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), donde millones de partículas chocan entre sí cada segundo. Una supermáquina de la que se espera esclarezca qué pasó justo después del Big Bang, es decir, capaz de recrear, a escalas atómicas, los primeros instantes del Universo.

Considerada como una de las innovaciones tecnológicas más determinantes de nuestra era, el acelerador de partículas más grande del mundo mide 27 kilómetros de circunferencia. Se localiza en la frontera entre Suiza y Francia. Esta descomunal máquina se encuentra a 100 metros bajo tierra y la construyó la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN).

Además de descifrar los secretos de ese Universo remoto, las investigaciones efectuadas hasta ahora en el LHC abren la puerta a que algún día se puedan aportar los datos necesarios para consolidar la que sería la revolución de la física más grande de todos los tiempos: una única teoría que en lo que a la materia se refiere lo explique todo, tanto a escala macroscópica como microscópica. No se sabe si ambas escalas están sometidas a leyes diferentes.

El LHC inició operaciones en 2008. Las primeras colisiones de partículas se lograron en 2010. Un hito histórico se dio el 14 de marzo de 2013, cuando se detectó una nueva partícula: se trataba de un bosón, “el bosón más pesado jamás hallado”, dijeron desde el CERN.

Junto con los fermiones, los bosones son uno de los dos tipos de partículas elementales. Su hallazgo fue sin duda el mayor éxito del LHC hasta el momento… y el de Peter Higgs, quien ganó el Nobel de Física en 2013 gracias a “su” bosón.

La fabulosa máquina del tiempo que es el LHC vuelve ahora a funcionar de manera constante tras un breve receso por labores de mantenimiento y de nuevas actualizaciones, con el objetivo de alcanzar energías de colisión aún mayores en un periodo que irá de 2022 a 2033 y del cual se espera una interacción de choques récord en el mundo.

En este proceso nuestro país y los expertos de la UNAM han estado involucrados desde hace algunos años en distintas actividades del CERN y del LHC por medio de los institutos de Física y de Ciencias Nucleares. En particular los físicos universitarios vienen contribuyendo en tres campos: cómputo y procesamiento masivo de datos; diseño y creación de detectores de partículas; y de manera significativa en el análisis, interpretación y nuevas formulaciones de la física de partículas elementales.

Antonio Ortiz Velásquez es el principal impulsor de un grupo de seis científicos mexicanos que colaboran con el CERN.

Contribuciones

Contactado por Vértigo el doctor en Física subraya entusiasmado que 2023 será un año clave en el trabajo de nuestro país y los especialistas de la Máxima Casa de Estudios, ya que se comenzará a definir el proyecto que dé visibilidad a México, el cual será un nuevo reto de desarrollo tecnológico para la actualización del detector ALICE (A Large Ion Collider Experiment) en su tercera etapa, conocido también como ALICE 3.

El investigador del Instituto de Ciencias Nucleares y miembro del consejo editorial del CERN argumenta que la UNAM cuenta con un módulo de supercómputo de alto rendimiento integrado a una red de computadoras que se encuentran alrededor del mundo, las cuales se utilizan para procesar los datos provenientes del LHC, hacer la reconstrucción de los eventos, guardarlos y clasificarlos para analizarlos ulteriormente.

Se trabaja a la distancia y nuestro país fue el primero de Latinoamérica en pertenecer a la Red Mundial de Cómputo del LHC, compuesta de unos 900 mil núcleos de procesamiento distribuidos en 170 centros de supercómputo en 42 países.

De esta forma, los doce mil físicos que trabajan en el LHC pueden analizar los datos generados en cualquier momento.

La Universidad Nacional también ha contribuido con la construcción de detectores de nuevas partículas. En las primeras dos corridas del LHC se utilizó el equipo VO, que es un sistema de disparo y de detección que permite a los científicos saber cuándo se genera información importante para el experimento, la cual debe ser guardada y analizada posteriormente.

Este sistema es parte de ALICE, uno de los detectores del LHC por medio del cual se analizan los productos que salen de las coaliciones de iones pesados que colisionan a energías muy altas. Este dispositivo también define la geometría de la coalición que puede ser una confrontación frontal o una coalición periférica.

De acuerdo con el científico el detector VO ha tenido un buen desempeño mencionado en varias publicaciones científicas.

Precisamente este año inició una nueva corrida del LHC, que es la tercera. Y el experimento ALICE hace muchas actualizaciones porque ahora se registran entre 500 mil y un millón de colisiones cada segundo. Para 2035 se tendrán alrededor de 25 millones de colisiones por segundo.

Para ello la UNAM prepara la creación de un nuevo detector de partículas totalmente diferente a V0, ya que se confía en que las tecnologías en silicio ayuden no solo a rastrear las trayectorias de las partículas, sino también a identificar su tiempo de vuelo o desplazamiento y entender el origen de un conjunto de hadrones que recientemente han sido descubiertos en el LHC.

El detector PTC será más rápido, certero, de lectura continúa y mediciones en nanosegundos.

Dice el catedrático universitario que tratarán de entender el origen de esos hadrones: “De ellos, 15 son considerados exóticos y hay una discusión sobre si son descritos como tetraquarks o pentaquarks, o bien una molécula hadrónica. Para distinguir entre estas explicaciones la medición de iones pesados será crucial y ALICE 3 podría aportar información”.

El doctor en Física cuenta que el experimento ALICE busca desentrañar las propiedades del plasma de quarks y gluones (que forman los protones, neutrones y electrones en el átomo), un estado de la materia que se cree existió en los primeros instantes de vida del Universo.

Tal estado de la materia se puede crear en el laboratorio al juntar haces de núcleos pesados, que se aceleran hasta alcanzar una velocidad cercana a la de la luz, y sus propiedades se estudian midiendo a través de complejos detectores los miles de partículas que salen volando. Por ello, estima que no se está lejos de entender las características del Universo remoto y, con ello, la naturaleza de las partículas fundamentales.

Con estudios posdoctorales en la Universidad de Lund, Suecia, el especialista destaca que el progreso en este campo de investigación se basa en gran medida en la mejora continua del rendimiento de los colisionadores y detectores de partículas, los cuales aumentan las energías y tasas de colisión con mayor precisión y detección. Hacia el futuro Ortiz espera continúen las aportaciones de los especialistas de la UNAM y la consolidación del proyecto LHC de Alta Luminosidad, cuyo objetivo es conseguir un número mucho mayor de colisiones por segundo (factor que se conoce como luminosidad) y, por tanto, también de los datos obtenidos.

Transferencia tecnológica excepcional

Los sectores beneficiados por la construcción y el desarrollo del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) son múltiples: ingeniería civil, tecnología de materiales, robótica y automatización, física de aceleradores para aplicaciones médicas, sistemas de detección muy útiles en dosimetría, tratamiento masivo de datos.

Sin olvidar que muchos desarrollos tecnológicos necesarios para construir el LHC han hecho posibles inventos que hoy forman parte de nuestra vida cotidiana.

Por ejemplo, las pantallas táctiles, inventadas en el CERN; la terapia de hadrones contra el cáncer; o la World Wide Web, la red informática mundial accesible a través de internet, entre otros muchos.