El futuro del LHC y de la física en el CERN (HL-LHC, HE-LHC, LEP3 y LheC)

Una máquina de la complejidad del LHC (Gran Colisionador de Hadrones) del CERN está en continua revisión y sus parámetros de diseño son puestos al límite de forma constante. Por ejemplo, el LHC fue diseñado para inyectar paquetes de protones en el túnel de 27 km de perímetro separados por 25 ns, con 0,115 billones de protones por paquete y una emitancia de 3,75 μm, pero en el año 2011 (el segundo año de colisiones), con una separación por paquete de 50 ns, ya se logró alcanzar los 0,145 billones de protones por paquete y una emitancia de tan solo 2,30 μm. Sin lugar a dudas, el LHC ha funcionado a las mil maravillas en 2011. El objetivo en 2012 es aún más ambicioso, no solo porque los haces tienen una energía por protón de 4 TeV, en lugar de los 3,5 TeV de 2011, sino porque el objetivo es alcanzar, con una inyección de paquetes cada 50 ns, hasta 0,160 billones de protones por paquete y una emitancia mínima de 2,0 μm. Quien lea estos números pensará que son solo números, pero, por poner un símil fácil de entender, estamos hablando de poner a 250 km/h un coche diseñado para ir a 240 km/h de máximo según el cuentakilómetros, eso sí, solo con el conductor, sin pasajeros (por ahora). Los técnicos y científicos encargados del control de la máquina están haciendo una labor increíble, siendo los responsables últimos de los grandes éxitos del LHC en 2012. Lyn Evans, el padre de la criatura, director del proyecto que diseñó el LHC, debe estar muy orgulloso y ya tiene asiento en la antesala para el Premio Nobel de Física.

Gracias a que se ha extendido tres meses el periodo de colisiones del LHC en 2012, están planificadas colisiones protón-protón hasta el martes 11 de diciembre (no, no te preocupes, no habrá colisiones el 21 de diciembre), se obtendrán unos 20 /fb de colisiones en todo el año (se estima un mínimo de 1 /fb por semana). Tras la parada navideña, las colisiones de iones pesados se iniciarán el 18 de enero de 2013 y acabarán el 10 de marzo, momento en que se iniciará la primera parada larga (Long Shutdown 1, más conocida como LS1). En esta parada se realizará una reparación/mejora de todo el túnel del LHC, además se aprovechará para mejorar los detectores de ATLAS, CMS y las demás colaboraciones. En 2018 habrá una segunda parada larga (LS2). Se cree que la versión final de LHC utilizará una separación por paquete de 25 ns, unos 0,170 billones de protones por paquete y una emitancia de tan solo 1,70 μm, aunque estos números son estimaciones actuales y pueden cambiar en los próximos años. Nos lo ha contado Ralph J. Steinhagen (LHC Team), “LHC* Status and Future Upgrades,” ICHEP 2012, slides.

¿Cuál será el futuro del LHC a partir de 2022? Aún no está tomada la decisión, pero hay varias opciones posibles. Una posibilidad es incrementar la energía, proyecto HE-LHC, hasta unos 16,5 TeV por haz (en lugar de 7 TeV). Este proyecto requiere un gran trabajo de rediseño de la máquina lo que podría hacer que no estuviera disponible el HE-LHC hasta el año 2030. Otra posibilidad es incrementar la luminosidad, número de colisiones por segundo, proyecto HL-LHC. Pero también hay otras, como LEP3, una fábrica de bosones de Higgs que usará el túnel del LHC para estudiar colisiones electrón-positrón (como ya se hizo con LEP2); cada haz de leptones tendría una energía de 120 GeV (LEP2 logró alcanzar 104,5 GeV). O incluso LHeC, un colisionador electrón (o positrón) contra protón. Más detalles sobre este último proyecto en A. Polini (LHeC Study Group), “The Large Hadron electron Collider Detector Design Concept,” ICHEP 2012, slides, y Max Klein (LHeC Study Group), “The LHeC Project,” ICHEP 2012, slides.

Acabamos de descubrir el Higgs y los físicos ya se están planteando las limitaciones del LHC para estudiar la física del Higgs. Ya se están proyectando los colisionadores que substituirán al LHC, cuando solo acaban de empezar sus colisiones hace dos años y medio. La física de los grandes experimentos es así. El LHC se proyectó hace más de 20 años y estará funcionando hasta 2022. No sabemos qué proyecto le substituirá a partir de entonces pues todo depende de lo que se descubra en los próximos años, pero para estos megaproyectos no podemos esperar y hay que empezar su diseño cuanto antes.

8 pensamientos en “El futuro del LHC y de la física en el CERN (HL-LHC, HE-LHC, LEP3 y LheC)

  1. hay un futuro posible mas cercano en el que participa el cern, que es el colisinador lineal electron-positron intenacional.
    por cierto Lynn Evans acaba de ser designado como dirctor general de ese proyecto mundial

    • Gracias, Alberto, dedicaré una entrada a CLIC y al ILC próximamente.

  2. Francis, te felicito por esta serie de artículos dedicados al LHC.
    Creo que en la LS1 tienen previsto revisar las conexiones de los cables superconductores, así como el rozamiento que sufren dichos cables causados por la fuerza de Lorentz. Según lo que entendí, en una conferencia dada por alguien del CERN, este mantenimiento permitirá mejorar las medidas obtenidas de peak luminosity y las de colliding bunches.
    Respecto al software creo que también tienen previsto actualizar el que controla al CMS. ¿Tal vez también durante esa LS1?.
    Saludos,
    Antonio.

    • No lo sé, Antonio, no recuerdo haber leído nada respecto al software. Sé que van a actualizar tanto CMS y ATLAS, luego supongo que también lo harán con el software.

  3. como investigador en información cuántica te digo: y qué tal si dejamos de gastarnos miles de millones de euros en intentar buscar algo por fuerza bruta?
    en un modelo razonable económico-científico la pregunta de “existe el bosón de Higgs?” nunca se debería buscar por colisiones hechas por el ser humano. Si inviertiéramos más dinero en otras ramas a lo mejor habríamos salido con teorías superinteresantes de por qué buscar un Higgs es ridículo, o simplemente habríamos resuelto los problemas de renormalización en espaciotiempos curvos, o el problema cuántico de la medida, etc

    La monopolización de la ciencia siempre es mala noticia. Es mejor 1000 investigadores con poco dinero que 10 con mucho.

    • Según esto… ¿darías por muerta a la física de partículas simplemente por ser “ridícula”?

      Quizás estés asumiendo que todo ese dinero “compra” la detección de 1, 2, o 3 partículas nuevas y “ya está”, pero me sorprende viniendo de un investigador (como afirmas). Un razonamiento similar nos hubiera dejado sin ecuaciones de Maxwell (la string theory del XIX, si me permites la exageración).

      Y por supuesto, el proceso tecnológico de construir el acelerador es una proeza técnica que repercute a muchos niveles.

    • Tu comentario me trae el recuerdo de los antiguos, que a su vez se hacen eco de los más antiguos y así sucesivamente. Aquellas personas eran geocéntricas en sus planteamientos, si uno de aquellos ve que para estudiar la materia oscura tenemos que remontarnos al big bang le da un ataque de risa. Ojo, no desprecio la tecnología actual, pero una mirada a los clásicos no viene mal entre tanto bombardeo de fórmulas y partículas.

  4. Fer, tu comentario me trajo el recuerdo de los antiguos, que a su vez se hicieron eco de los más antiguos y así sucesivamente. Aquella gente era local, geocéntrica, y si uno de ellos viese que para estudiar la materia oscura hay que remontarse al big bang le da un ataque de risa. Ojo, no desprecio la tecnología actual, aun con sus contraindicaciones, pero no vendría mal una mirada a los clásicos entre tanto bombardeo de fórmulas y partículas.

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