Gran colisionador d'hadrones

El Gran Colisionador d'Hadrones, GCH (n'inglés Large Hadron Collider, LHC) ye un acelerador de partícules acelerador y colisionador de partícules allugáu na Organización Europea pa la Investigación Nuclear (CERN, sigla que correspuende al so antiguu nome en francés: Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire), cerca de Xinebra, na frontera francu-suiza. Foi diseñáu pa topetar fexes d'hadrones, más esautamente de protones, d'hasta 7 TeV d'enerxía, siendo'l so propósitu principal esaminar la validez y llendes del Modelu Estándar, que ye anguaño'l marcu teóricu de la física de partícules, del que se conoz la so rotura a niveles d'enerxía altos.

Gran colisionador d'hadrones
hadron collider (en) , construcción y Sincrotrón
Llocalización
Estáu federáu	Suiza
Cantón	cantón de Xinebra
Coordenaes	46°14′06″N 6°02′42″E
Gran colisionador d'hadrones Gran colisionador d'hadrones (Suiza)
Historia y usu
Construcción	2000 - 2008
Development approvals (en)	avientu 1994
Abrimientu	10 setiembre 2008
Magnet quench (en)	19 setiembre 2008
Inauguración (es)	21 ochobre 2008
Plasma de quarks-gluones	24 mayu 2011
Discovery of the Higgs Boson (en)	4 xunetu 2012
Opening the tetraquark (en)	2014
Pentaquark (es)	14 xunu 2015
Dueñu	Organización Europea pa la Investigación Nuclear
Llargor	27 km
Instalaciones
Formáu por	Atlas Collaboration, Experimento CMS (es) , Experimento ALICE (es) y LHCb (es)
Web oficial

Dientro del colisionador dos faes de protones son aceleraos en sentíos opuestos hasta algamar el 99,99 % de la velocidá de la lluz, y facer topetar ente sigo produciendo peraltes enerxíes (anque a escales subatómiques) que dexaríen asemeyar dellos eventos asocedíos darréu dempués del big bang.

El LHC ye l'acelerador de partícules más grande y enerxéticu del mundu.^[1] Usa'l túnel de 27 km de circunferencia creáu pal Gran Colisionador d'Electrones y Positrones (LEP n'inglés) y más de 2000 físicos de 34 países y cientos d'universidaes y llaboratorios participaron na so construcción.

Una vegada esfrecíu hasta la so temperatura de funcionamientu, que ye de 1,9 K (menos de 2 graos percima del cero absolutu o −273,15 °C), los primeros fexes de partícules fueron inyectaos el 1 d'agostu de 2008,^[2] y el primer intentu pa faelos circular por tola trayeutoria del colisionador producióse'l 10 de setiembre del añu 2008.^[3] Anque los primeros choques a alta enerxía en principiu tuvieron previstes pal 21 d'ochobre de 2008,^[4] l'esperimentu foi retardáu por cuenta de una avería que produció la fuga del heliu líquidu qu'esfrez unu de los imanes superconductores.^{[n. 1]}

A fines de 2009 volvió ponese en marcha, y el 30 de payares del 2010 convertir nel acelerador de partícules más potente al consiguir enerxíes de 1,18 TeV nos sos fexes, superando'l récor anterior de 0,98 TeV establecíu pol Tevatrón estauxunidense.^[5] El 30 de marzu de 2010 los primeros choques de protones del LHC algamaron una enerxía de 7 TeV (al topetar dos faes de 3,5 TeV cada unu) lo que significó un nuevu récor pa esti tipu d'ensayos. En 2012 el LHC empezó a funcionar a 4 TeV por fexe y en febreru de 2013 parar mientres 20 meses pa realizar les meyores necesaries pa la operación a la enerxía máxima de 7 TeV por fexe.^[6][7]

Esti preséu dexó confirmar la esistencia de la partícula conocida como bosón de Higgs el 4 de xunetu del 2012, dacuando llamada «partícula dios». La observación d'esta partícula ye importante pa esplicar cómo les otres partícules elementales adquieren propiedaes como la masa^[8] y ye un pasu significativu na busca d'una teoría de la gran unificación, que pretende rellacionar trés de los cuatro fuercies fundamentales conocíes, quedando fora d'ella namái la gravedá y pa determinar por qué la gravedá ye tan débil comparada coles otres trés fuercies.^{[n. 2]} Xunto al bosón de Higgs tamién podríen producise otres nueves partícules que la so esistencia predicir teóricamente, y que la so busca planiar,^[10] como los strangelets, los micro furacos negros, el monopolo magnéticu o les partícules supersimétricas.^[11]

Esperimentos

Los protones van acelerar hasta tener una enerxía de 7 TeV cada unu (siendo'l total d'enerxía del choque nel sistema centro de mases de ${\displaystyle {\sqrt {s}}=}$14 TeV). Tán construyéndose 5 esperimentos pal LHC. Dos d'ellos, ATLES y CMS, son grandes detectores de partícules de propósitu xeneral. Los otros trés, LHCb, ALICE y TOTEM, son más pequeños y especializaos. El LHC tamién puede emplegase pa faer topetar iones pesaos tales como plomu (el choque va tener una enerxía de 1150 TeV). El 21 de xineru de 2013 poner en marcha'l primer esperimentu del LHC faciendo topetar iones pesaos (plomu) contra protones. La enerxía de los iones de plomu algamó 3,28 TeV (1,58 TeV por nucleón). Topetar plomu-protón algamaron una enerxía de 5 TeV por nucleón.

Propósitu del LHC

Parte del túnel del LHC asitiada debaxo del LHC P8, cerca del LHCb.

Los físicos confíen en que'l LHC apurra respuestes a les siguientes cuestiones:

• El significáu de la masa (sábese cómo midila pero nun se sabe qué ye realmente).
• La masa de les partícules y el so orixe.
• L'orixe de la masa de los bariones.
• Númberu de partícules totales del átomu.
• A saber el por qué tienen les partícules elementales distintes mases (esto ye, si interactúan les partícules con un campu de Higgs).
• El 95 % de la masa del universu nun ta fecha de la materia que se conoz y espérase saber qué ye la materia escuro.
• La esistencia o non de les partícules supersimétricas.
• Si hai dimensiones extras, tal como predicen dellos modelos inspiraos pola Teoría de cuerdes, y, en casu afirmativu, por qué nun se pudieron percibir.
• Si hai más violaciones de simetría ente la materia y l'antimateria.
• Recrear les condiciones que provocaron el Big Bang.^[12]

El LHC ye un proyeutu de tamañu inmensu y una enorme xera d'inxeniería. Mientres tea encendíu, la enerxía total almacenada nos imanes ye 10 gigaxulios y nel fexe 725 megaxulios.

Rede de computación

La rede de computación (Computing Grid n'inglés) del LHC ye una rede de distribución diseñada pol CERN pa remanar la enorme cantidá de datos que van ser producíos pol Gran Colisionador d'Hadrones. Incorpora tantu enllaces propios de fibra óptica como partes d'Internet d'alta velocidá.

El fluxu de datos provistu dende los detectores envalórase aproximao en 300 Gb/s, que ye peneráu buscando "eventos interesantes", resultando un fluxu de 300 Mb/s. El centru de cómputu del CERN, consideráu "nivel 0" de la rede, dedicó una conexón de 10 Gb/s.

El detector CMS del LHC.

Espérase que'l proyeutu xenere 27 terabytes de datos per día, más 10 TB de "resume". Estos datos son unviaos fora del CERN a once instituciones académiques d'Europa, Asia y Norteamérica, que constitúin el "nivel 1" de procesamientu. Otres 150 instituciones constitúin el "nivel 2".

Espérase que'l LHC produza ente 10 a 15 petabytes de datos per añu. Pa controlar la configuración primaria pa les máquines de la rede d'ordenadores del LHC utilízase una distribución científica del sistema operativu Linux llamada Scientific Linux. Esta rede utilizar pa recibir y distribuyir los datos a los 100 000 CPU de tol mundu que constitúin los niveles 1 y 2 de procesamientu.^[13]

Presupuestu

Tanques d'heliu.

La construcción del LHC foi aprobada en 1995 con un presupuestu de 2600 millones de Francos suizos (alredor de 1700 millones d'euros), xunto con otros 210 millones de francos (140 millones d'euros) destinaos a los esperimentos. Sicasí, esti costu foi superáu na revisión de 2001 en 480 millones de francos (300 millones d'euros) nel acelerador, y 50 millones de francos (30 millones d'euros) más nel apartáu pa esperimentos.^[14]

Según datos de 2012, el costu añal n'almacenamientu de datos y ordenadores ye d'unos 220 millones d'euros, y los gastos d'electricidá, 18 millones. El presupuestu total añal del LHC ye alredor de 765 millones.^[15]

Sollertes sobre posibles catástrofes

Desque se proyeutó'l Gran Colisionador Relativista d'Iones (RHIC), l'estauxunidense Walter Wagner y l'español Luis Sancho^[16]denunciaron ante un tribunal de Ḥawai al CERN y al Gobiernu d'Estaos Xuníos, afirmando qu'esiste la posibilidá de que'l so funcionamientu desencadene procesos que, según ellos, seríen capaces de provocar la destrucción de la Tierra. Sicasí la so postura ye refugada pola comunidá científica, yá que escarez de cualesquier respaldu científicu que lu sofite.

Los procesos catastróficos que denuncien son:^[17]

• La formación d'un furacu negru estable.
• La formación de materia estraño supermasiva, tan estable como la materia ordinaria.
• La formación de monopolos magnéticos (previstos na teoría de la relatividá) que pudieren catalizar la escayencia del protón.
• L'activación de la transición a un estáu de vacíu cuánticu.

A esti respectu, el CERN realizó estudios sobre la posibilidá de que se produzan acontecimientos desastrosos como microagujeros negros^[18] inestables, redes, o disfunciones magnétiques.^[19] La conclusión d'estos estudios ye que "nun s'atopen bases fundaes que conduzan a estes amenaces".^[20][21]

Resumiendo:

• Nel hipotéticu casu de que se creara un furacu negru, sería tan infinitamente pequeñu que podría travesar la Tierra ensin tocar nin un solu átomu, una y bones el 95 % d'estos son espacios vacíos. Por cuenta de esto, nun podría crecer y algamaría l'espaciu esterior, onde la so probabilidá de topetar contra daqué y crecer, ye entá más pequeña.^[22]
• El planeta Tierra ta espuestu a fenómenos naturales similares o peores a los que van ser producíos nel LHC.

• Los rayos cósmicos algamen de cutio la Tierra a velocidaes (y por tanto enerxíes) enormes, inclusive dellos órdenes de magnitú mayores a les producíes nel LHC.
• El Sol, por cuenta del so tamañu, recibió 10 000 vegaes más.
• Considerando que toles estrelles del universu visible reciben un númberu equivalente, algámense unos 10³¹ esperimentos como'l LHC y entá nun se reparó nengún eventu como'l postuláu por Wagner y Sancho.

• Mientres la operación del colisionador d'iones pesaos relativistes (RHIC) en Brookhaven (EE. XX.) nun se reparó nin un solu strangelet. La producción de strangelets nel LHC ye menos probable que'l RHIC, y la esperiencia nesti acelerador validó l'argumentu de que nun se pueden producir strangelets.

Estos argumentos nun torgar qu'hubiera revolver ya inclusive un suicidiu por medrana al cabu'l mundu cuando LHC llanzó la so primer partícula'l 10 de setiembre del 2008.^[23]

Llinia de tiempu del colisionador

Llinia de tiempu

Fecha	Eventu
10-09-2008	CERN disparó con ésitu los primeros protones nel circuitu del túnel per etapes.
19-09-2008	Producióse amortiguación magnética n'alredor de 100 imanes de flexón nos sectores 3 y 4, causando una perda d'aproximao 6 tonelaes d'heliu líquidu.
30-09-2008	Teníase prevista'l primer choque, pero foi retardada pol accidente.
16-10-2008	CERN dio a conocer un analís preliminar del incidente.
21-10-2008	Inauguración oficial.
05-12-2008	CERN publicó un analís detalláu.
29-10-2009	El LHC volvió a entamar la so operación a 3,5 TeV por fexe.
20-11-2009	El LHC reinició les sos operaciones.
23-11-2009	Los cuatro detectores capten los primeros choques a 450 GeV.
30-11-2009	El LHC ruempe récor en ser l'acelerador de partícules más potente del mundu, creando choques a 2.36 TeV (1.18 TeV por fexe).
16-12-2009	El LHC ye apagáu pa realizase nél los axustes necesarios por que pueda funcionar a 7 TeV.
28-02-2010	El LHC vuelve a entamar les sos actividaes, faciendo circular dos faes de partícules en sentíos contrarios con una enerxía de 450 GeV por fexe.
19-03-2010	El LHC algama un nuevu récor faciendo circular los dos faes de protones, cada unu a 3.5 TeV.
30-03-2010	El LHC empecipia exitosamente los choques de partícules a 7 TeV (3.5 TeV por fexe). Caltendríase asina hasta finales de 2011, pa realizar los axustes necesarios pa ponelo a funcionar a toa potencia (14 TeV).
18-09-2010	Ciérrase xunta de miembros del CERN, anunciándose que se va retardar l'esperimentu a 14 TeV pa 2016.
08-11-2010	el Gran Colisionador d'Hadrones (LHC), recreó con gran ésitu un "mini Big Bang" provocáu pol choque d'iones, anunció'l Centru Européu de Física Nuclear (CERN, por sigles en francés).
04-07-2012	El 4 de xunetu de 2012 presentar nel CERN los resultaos preliminares de los analises conxuntos de los datos tomaos pol LHC en 2011 y 2012. Los dos principales esperimentos del acelerador (ATLES y CMS) anunciaron la observación d'una nueva partícula «compatible col bosón de Higgs», con una masa d'unos 125 GeV/c².
13-09-2012	Tienen llugar per primer vegada nel LHC choques ente protones ya iones de plomu.
13-02-2013	Se pal colisionador mientres 20 meses pa entamar diverses obres d'arreglu y meyores
07-03-2015	Pruebes d'inyección pa Run 2 unvien protones escontra LHCb y ALICE
05-04-2015	Dambos fexes circularon nel colisionador. Cuatro díes más tarde, llogróse un nuevu récor d'enerxía 6,5 TeV por protón.
20-05-2015	Topeten nel LHC dos faes de protones a una enerxía récor de 13 TeV.
03-06-2015	Entamu de la entrega de los datos de física dempués de casi dos años fora de llinia pal re puesta en marcha.
04-11-2015	Fin de choques de protones nel añu 2015 , entamu de los preparativos pa los choques d'iones .
25-11-2015	Choques de primeros iones nuna enerxía récor de más de 1 PeV ( 1015 eV )
13-12-2015	Fin del choques d'iones de 2015
23-04-2016	Empieza tomar de datos del añu 2016
20-06-2016	El LHC algama una lluminosidá de 1,0 x 1034 cm-2 s- 1, el so valor de diseñu. Otres meyores mientres l'añu aumentaron la lluminosidá a un 40% percima del valor de diseñu.
29-02-2017	El Gran Colisionador d'Hadrones espertó, l'equipu va utilizar la prueba 2017 pa probar nuevos axustes ópticos, lo qu'apurre'l potencial pa una lluminosidá entá mayor de 45 fb- 1 y más choques. Mientres les primeres selmanes solamente, unos pocos recímanos de partícules van tar circulando nel LHC pa depurar y validar la máquina. Los recímanos van aumentar gradualmente mientres les próximes selmanes hasta qu'haya abondes partícules na máquina pa empezar los choques y empezar a arrexuntar datos físicos.
18-04-2017	Nueves resultaos largamente esperaos sobre una decadencia particular de mesones B0 producíos en choques nel Gran Colisionador d'Hadrones.

Ver tamién

• Hadrón
• DESY
• Fermilab
• Bosón de Higgs (unu de los entes más buscaos col GCH/LHC).
• Microagujero negru (probablemente puedan sintetizase nel GCH).
• Observatorio Pierre Auger

Notes

1. Cada vez que'l LHC sufre dalguna avería, ye necesariu calecer hasta temperatura ambiente, reparar l'avería y volver esfrecelo a temperatures cercanes al cero absolutu. El procesu completu trai aproximao unos trés meses.
2. Stephen Hawking apostó 100 dólares a que la partícula bosón de Higgs nun esiste, y mentó que sería más interesante'l nun atopala.^[9]