La carrera a toda prisa hacia los 384 paquetes de protones a 150 ns en el anillo del LHC del CERN antes de noviembre

 

Mañana, 24 de septiembre, se inyectarán 96 paquetes de protones en el anillo del LHC separados por 150 ns (nanosegundos) y el sábado 104. Hoy se han inyectado 56 paquetes y ayer se inyectaron 24. A finales de agosto los paquetes de protones se inyectaban en el anillo con una separación de 1000 ns. Si todo va bien, en unas 5 semanas se alcanzarán los 384 paquetes a 150 ns, justo antes de pasar en noviembre a colisiones de iones pesados hasta el parón navideño. Las próximas cinco semanas van a ser de alta tensión en el LHC del CERN, ya que pasar de 1000 ns a 150 ns no es trivial. Ha requerido tres semanas de preparativos (las primeras de septiembre) sin colisiones estables. Steve Myers, director del comisionado de los haces del LHC, lo tiene claro: si no se logran alcanzar los 384 paquetes a 150 ns la última semana de octubre, el objetivo de obtener un inverso de femtobarn (1/fb) de colisiones para noviembre de 2011 no podrá lograrse. Steve es optimista y confía en que todos los técnicos e ingenieros del LHC darán el 100% para lograr la meta con completo éxito. Lo lograrán. Seguro que sí.

Los interesados en conocer de primera mano lo que se cuece día a día en el LHC pueden informarse en “LHC 2010 – latest news” que incluye las presentaciones (ppt) de las reuniones a primera hora de la mañana de la comisión de haces del LHC. Los que consideren que dicha información es demasiado técnica, que no se preocupen que en este blog les resumiremos lo más interesante. No somos el único blog que lo hace. Con más asiduidad (pero en inglés, claro) podéis recurrir a Philip Gibbs y su blog viXra log. Por ejemplo, esta semana podéis leer “LHC 2010 Crescendo finale,” viXra log, September 20, 2010; “September LHC update,” viXra log, September 22, 2010; “LHC stable beams are back,” September 22, 2010; y “LHC luminosity reaches 20/microbarn/second,” September 23, 2010.

Para los despistados, permitidme recapitular un poco qué significa “paquetes de protones” y cómo afectan los parámetros de inyección al número de colisiones.

En el Gran Colisionador de Hadrones (Large Hadron Collider o LHC) del CERN colisionan haces de protones a 7 TeV c.m., es decir, dos haces de protones acelerados por imanes superconductores hasta alcanzar una energía de 3’5 TeV cada uno chocan frente a frente para alcanzar 7 TeV en el centro de masas (c.m.) del punto de colisión. ¿Qué son 3’5 TeV? Más o menos una energía equivalente a 3700 veces la masa de cada protón. A estas energías ultrarrelativistas los protones se mueven a una velocidad muy próxima a la velocidad de la luz en el vacío (en concreto a 3’5 TeV al 99,9999991% de ésta). Cómo se puede conseguir que una partícula tan pequeña como un protón colisione exactamente contra otro protón. Parece imposible y lo es. La única manera es hacer que colisionen un paquete (bunch) de muchos protones contra otro paquete de muchos protones (ahora mismo unos 115 mil millones de protones por paquete, 1’15 · 10¹¹ protones/bunch).

El objetivo del comisionado de haces en el LHC es alcanzar el máximo número posible de colisiones protón-protón en los cuatro puntos de cruce donde se encuentran los detectores de los 6 experimentos principales (ATLAS, CMS, LHCb, ALICE, LCHf y TOTEM). La “intensidad” de las colisiones se llama luminosidad. Para alcanzar la máxima luminosidad en el LHC hay que inyectar 2808 paquetes de protones (el número máximo de paquetes para el que está diseñado el LHC). Para alcanzar este número hay que ajustar muchísimos parámetros, por ello, durante los primeros años de colisiones se inyectan un menor número de paquetes. Hay que recordar que los paquetes a velocidades ultrarrelativistas se alargan y si hay muchos paquetes pueden llegar a tocarse e interaccionar entre sí. En agosto los paquetes de protones se inyectaban en el anillo con una separación de 1000 ns y esta semana se están separando con solo 150 ns, lo que permite alcanzar solo hasta 384 paquetes simultáneos por haz. Incrementando el número de paquetes en bloques de 48 se requieren 8 semanas para alcanzar los 384. Para lograr hacerlo desde esta semana hasta la última semana de octubre, habrá que añadir 48 paquetes cada cinco días, en los que habrá que probar que se logra alcanzar un estado estable robusto para las colisiones (se requieren unas 20 horas de colisiones estables para estar seguros de que se controla bien el proceso). Los tiempos están muy ajustados, por ello he titulado la entrada “la carrera a toda prisa.”

Hoy las colisiones en el LHC siguen el esquema de inyección llamado 150ns_56b_47_16_47_8bpi. Esta notación significa que se inyectan cada 150 ns, 7 trenes de 8 paquetes de protones, es decir, 56 paquetes por haz. Por cada vuelta de un paquete de protones a todo el anillo del LHC se producirán 47 colisiones en los puntos donde están colocados CMS, ATLAS y LHCb, y 16 donde está colocado ALICE. La luminosidad instantánea máxima será de 14/μb/s (catorce microbarns por segundo).

Un factor importante a tener en cuenta es el ángulo con el que colisionan los paquetes de protones en los cuatros puntos donde se encuentran los detectores. Las colisiones son “casi” frontales. A 150 ns se están cruzando los haces con un ángulo de 170 microradianes (en teoría podría reducirse hasta 80 microradianes sin problemas).

Para cumplir el objetivo del LHC para finales de 2011 (lograr un 1/fb de colisiones acumuladas) es necesario que el año que viene se reduzca el intervalo de inyección de paquetes de protones hasta 75 ns. Myers opina que podrán alcanzar los 50 ns, en cuyo podrían superar con creces el objetivo de 1/fb. Myers es optimista pero ahora mismo lo prioritario es cumplir con el objetivo a corto plazo: 384 paquetes a 150 ns la última semana de octubre. Si se logra se acumularán unos 50/pb (desde el 31 de marzo se han acumulado solo 3’6/pb).

4 pensamientos en “La carrera a toda prisa hacia los 384 paquetes de protones a 150 ns en el anillo del LHC del CERN antes de noviembre

  1. Por fin el LHC empieza el verdadero camino hacia una nueva física. Confiemos en los técnicos del LHC, después de la “cagada” de las soldaduras en los imanes un nuevo retraso sería terrible y más en tiempos de crisis. De todas formas estamos hablando del instrumento más complejo jamás construido y el que probablemente nos lleve hacia nuevas etapas del conocimiento. Las próximas semanas serán decisivas.

  2. Alucinante chicos,

    Me fascina vuestra vida y creo que es super complicada y siento envidia sana por todo lo que sabéis.

    Quisiera entender cuál es el propósito del anillo. ¿Descubrir cómo se creó nuestro planeta?
    Si alguien fuese tan amable de explicármelo como si fuese un niño de 6 años. Se que hay personas que lo comprenden a la primera. Soy músico y no físico. Me encantaría saber más y creo que voy a ponerme las pilas con esto porque me estoy enganchando a esto de los protones y los paquetes. ¿Es peligroso? Estoy flipando e impaciente por saber más.
    Agujeros negros?????? Que alucine. Esto parece una peli.
    Porque no hablan más sobre esto en la tele. Me he quedado con las ganas de comprender más vuestro mundo y siento que sea un poco tarde para mi estudiar esta materia.

    Felicidades a todos los que entendéis esta materia. Que envidia me dais.
    No obstante si alguien quiere saber que es una semi corche tendré mucho gusto en explicarlo. Aunque será más fácil buscar información sobre teoría musical que todo esto que aquí contais.

    Doy las gracias por adelantado si alguien se atreve a tomarse su tiempo para explicarme un poco mas sobre todo este invento tan fascinante.

    Gracias y disculpad la intromisión ¡Felicidades a todos!

    Henry Quintero (HARLY)

    • No, Henry, el LHC no es peligroso (salvo que te escondas en el túnel mientras se producen colisiones, la radioactividad te podría matar). La producción de microagujeros negros en el LHC requiere que ciertas versiones de la teoría de cuerdas sean correctas pero nadie apuesta por ellas, salvo algunos pocos teóricos de cuerdas. Si se producen sería Premio Nobel inmediato a los teóricos de cuerdas más famosos de ahí el interés en el tema. Pero, no, no son peligrosos, los microagujeros negros emiten radiación y desaparecen casi inmediatamente (aunque la señal que producen es fácil de distinguir en los detectores).

      • Hola EMULENEWS,
        Gracias por tu respuesta. La verdad es que no esperaba respuesta alguna por que pensé, “En fin ¿Quien querrá responder a este intruso? Envidia sana es la que siento porque daría lo que fuese por rebobinar la cinta de mi vida y dedicarle un poco más de mi tiempo a la física para que todo esto no me sonase a chino. ¿Sabes? Me he comprado algunos libros relacionados y estaré siguiendo vuestros canales por que como ya te he mencionado antes ME APASIONA. En el modo más humilde quiero darte las gracias personalmente por haber dedicado escasos segundos de tu tiempo en responderme invitándote a mi nuevo canal en http://www.myspace.com/henryquintero donde hace escasos días ha subido mi compañía discográfica un video clip del primer single de mi nuevo álbum “Now or Never”. Mi correo es: henryquintero@myspace.com Espero que podamos seguir en contacto. Un abrazo muy grande y deseo que consigáis vuestros objetivos. ¡Viva la física! Saludos EMULENEWS

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