Jacob Hoover
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Hace diez años, se encendió el instrumento científico más grande del mundo y comenzó el inicio de una dinastía de investigación..
El 10 de septiembre de 2008, un haz de protones se disparó por primera vez alrededor de todo el anillo de 27 kilómetros de largo del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el destructor de átomos más grande y de mayor energía del mundo jamás construido. Ubicado en el laboratorio del CERN, en las afueras de Ginebra, Suiza, el LHC fue construido para aplastar haces de protones altamente energéticos a una velocidad cercana a la de la luz. El objetivo declarado era crear y descubrir el bosón de Higgs, la última pieza que faltaba del Modelo Estándar, nuestra mejor teoría para el comportamiento de la materia subatómica. Pero el objetivo era más grande que eso. Realmente lo que queríamos hacer era descubrir algo completamente inesperado, tan grande y tan nuevo que significaría que tendríamos que reescribir los libros de texto..
Y el LHC no se encendió silenciosamente. En las semanas y meses anteriores, la prensa estaba abarrotada de historias sin aliento de temores de que el LHC creara un agujero negro que destruiría la Tierra. Los medios hicieron un buen trabajo disipando las espeluznantes afirmaciones, pero la historia era simplemente demasiado buena para no publicarla, incluso entre los medios impresos, en línea y de radiodifusión más responsables..
El laboratorio del CERN donde se encuentra el LHC decidió invitar a la prensa a ver el rayo inaugural del LHC. El frenesí de los agujeros negros aseguró que los medios se mostraran a lo grande. BBC, CNN, Reuters y muchas docenas de medios de comunicación internacionales estuvieron presentes para las festividades. Dejando a un lado los agujeros negros, fue una elección peligrosa desde el punto de vista de las relaciones públicas: los aceleradores nuevos son bestias meticulosas, y el LHC lo fue especialmente. Consiste en miles de imanes y decenas de miles de fuentes de alimentación, electrónica de monitoreo y más. El más mínimo contratiempo podría haber retrasado, durante días o semanas, la primera circulación exitosa del haz. [Fotos: El destructor de átomos más grande del mundo (LHC)
Hubo algunos momentos tensos esa mañana. Los primeros intentos fracasaron debido a algunos suministros de energía rebeldes. Sin embargo, justo antes de las 10:30 a.m. hora local, los operadores del acelerador hicieron pasar con éxito un rayo de protones de muy baja intensidad a través de todo el complejo. Debido a que el LHC es esencialmente dos aceleradores, para acomodar haces que van en direcciones opuestas, el siguiente paso fue guiar un haz a través del segundo conjunto de tubos de haz. Eso sucedió poco después del primer éxito. Los medios de comunicación del mundo anunciaron el logro técnico literalmente tal como sucedió. La física de partículas rara vez recibe ese tipo de exposición mediática.
A pesar del entusiasmo mundial, lo que se logró ese día fue relativamente modesto. Se habían inyectado en el LHC haces de baja energía y baja intensidad de los aceleradores de alimentación. Los rayos habían girado alrededor del anillo un par de veces, a baja energía, lo que significa la energía más baja para la que fue diseñado el LHC. La forma en que funciona el LHC es que acepta un haz de partículas de aceleradores más pequeños y luego acelera el haz a una energía 15 veces superior a la que recibe. En este primer intento, nunca hubo intención de acelerar el rayo. Solo conseguirlo alrededor del ring con éxito fue suficiente.
Además, la intensidad de los rayos era menos de una diez millonésima parte de la intensidad de diseño. En los haces de partículas, la intensidad es similar al brillo cuando se habla de luz. Los rayos pueden hacerse más intensos agregando más protones o enfocando el rayo a un tamaño más pequeño. Ese día, la concentración seguía siendo una meta futura y solo se pusieron muy pocos protones en el acelerador. E inicialmente, el momento de la electrónica del acelerador real no fue del todo correcto. Entonces, claramente había un camino por recorrer.
Pero no importa. Fue emocionante, y ciertamente fue un importante trampolín en el camino hacia las operaciones completas. Se rompieron los corchos. Se bebió champán. Las espaldas fueron abofeteadas y se tomaron fotografías. Fue un buen día.
No estuve en el CERN para el primer rayo. Después de todo, mi interés en el programa LHC es usarlo para aplastar partículas de alta energía, y todos sabían que entonces no ocurrirían colisiones. En cambio, estuve en Fermilab, el laboratorio de aceleración de partículas insignia de Estados Unidos y la institución de investigación más impactante para trabajar en el análisis de datos del LHC, además del CERN. Los dos laboratorios tienen una relación de hermanos, y nos animamos mutuamente cuando se supera un obstáculo técnico. En Fermilab, decidimos organizar una fiesta de pijamas para los científicos y la comunidad local la noche del 10 de septiembre. Fue extraordinario. Cientos de habitantes locales se presentaron a las 2:00 a.m. y esperaron la circulación exitosa del rayo a las 4:30 a.m. hora local. Caminé, hablando con miembros del público, periodistas que no pudieron convencer a sus editores de que los enviaran a Europa y otros científicos. Los vítores de la multitud fueron lo suficientemente fuertes como para pensar que podían escucharlos en el CERN, a 4,400 millas al este..
Por supuesto, los éxitos de la mañana del 10 de septiembre de 2008 fueron muy importantes, pero fueron solo un paso hacia el resultado deseado, que era la puesta en servicio del acelerador de partículas más potente del planeta. Para hacer eso, los 1.232 imanes gigantes que rodean el LHC debían ponerse a prueba y probarse a plena corriente eléctrica. Entonces, el personal del acelerador del CERN centró su atención en terminar eso. Y ahí es donde las cosas salieron mal. El 22 de septiembre, los operadores estaban sacudiendo el último juego de imanes, cuando una unión de soldadura defectuosa provocó que una barra colectora de cobre se sobrecaliente, provocando que se derrita, luego se arquee y luego perfore la botella termo que contenía el helio líquido que permitió que el imanes para soportar los diez mil amperios de corriente que hicieron posible los poderosos campos magnéticos. [Galería: búsqueda del bosón de Higgs en el LHC]
Con ese pinchazo, el helio se liberó a alta presión ... formando un chorro lo suficientemente fuerte como para empujar un imán de 35 toneladas hacia los lados por 18 pulgadas y sacar los soportes de montaje del concreto sólido. El helio estaba a menos 450 Fahrenheit y enfrió el túnel del LHC durante una milla alrededor del daño. La reparación del daño y la adición de equipos de protección contra fallas adicionales llevaron más de un año.
Fue el 27 de febrero de 2010 cuando el personal del acelerador del LHC estuvo listo para volver a intentarlo. Y, en el transcurso de aproximadamente una hora y cuarto, repitieron el ejercicio, nuevamente haciendo circular rayos en direcciones opuestas. Esta vez, el esfuerzo se intentó sin notificar primero a los medios. Y fue el 19 de marzo cuando el personal finalmente aceleró el rayo a una energía 3,5 veces mayor que el acelerador récord mundial anterior, el Fermilab Tevatron. Yo estaba en el CERN ese día, y el logro se logró en las primeras horas, justo antes del amanecer. Miré los monitores con compañeros y, cuando se declaró el haz estable, volvieron a pasar el champagne, las palmadas en la espalda y los vítores, esta vez sin cámaras de televisión..
Desde ese día, el LHC ha sido simplemente un fenómeno científico ... enviando haces extraordinarios a cuatro detectores dispuestos alrededor del anillo. La producción científica hasta la fecha ha sido prodigiosa, con los dos experimentos más grandes que publicaron cada uno más de 800 artículos, y todo el programa de investigación publicó más de 2,000.
El descubrimiento más impactante de la última década fue el bosón de Higgs, la última pieza faltante del Modelo Estándar de física de partículas. Fue anunciado el 4 de julio de 2012, nuevamente a una audiencia mundial, con cobertura en más de mil estaciones de televisión para mil millones de espectadores. Una vez más, el mundo compartió la emoción del descubrimiento. [6 implicaciones de encontrar una partícula de bosón de Higgs]
Y el futuro del LHC es realmente brillante. Si bien hemos operado con éxito la instalación durante una década, la intención es seguir usando el acelerador para hacer descubrimientos. Actualmente, el plan es continuar las operaciones durante al menos las próximas dos décadas. De hecho, a fines de 2018, se estima que los experimentos en el LHC habrán recopilado solo el 3 por ciento de los datos que se registrarán durante la vida útil de la instalación. A finales de 2018, el LHC detendrá las operaciones durante dos años para realizar reformas y actualizaciones. En la primavera de 2021, reanudará sus operaciones con detectores muy mejorados. No es posible saber qué verdades científicas descubriremos utilizando el LHC. Eso es lo que pasa con hacer ciencia ... si supiéramos lo que descubriríamos, no se llamaría investigación. Pero el LHC es, sin duda, una joya intelectual y tecnológica, un logro con el que los investigadores de antaño solo podían soñar. El LHC puede sondear las escalas de distancia más pequeñas, las energías más altas y recrear las últimas condiciones comunes en el universo apenas una décima de billonésima de segundo después del Big Bang. Es un instrumento de exploración y descubrimiento. Y recién estamos comenzando. Va a ser glorioso.
Feliz cumpleaños, LHC.
Don Lincoln es investigador de física en Fermilab. Es el autor de "The Large Hadron Collider: The Extraordinary Story of the Higgs Boson and Other Stuff That Will Blow Your Mind" (Johns Hopkins University Press, 2014), y produce una serie de videos de educación científica.. Síguelo en Facebook. Las opiniones expresadas en este comentario son su.
Don Lincoln contribuyó con este artículo a Live Science's Expert Voices: Op-Ed & Insights.