El más grande acelerador de partículas del mundo trabajando
a un ritmo sin precedentes, la entrega de torrentes de datos. Sin embargo, los
cientos de millones de colisiones que ocurren dentro de la máquina cada segundo
están creciendo en una espesa niebla que, paradójicamente, amenaza con
oscurecer una mina legendaria: el bosón de Higgs.
El problema se conoce como amontonamiento, y promete ser uno
de los mayores desafíos de este año para los científicos que trabajan en el
Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, en Europa el principal laboratorio
de alta energía cerca de Ginebra, Suiza.
Una enorme cantidad de potencia de cálculo, software astuto
y trucos técnicos están ayudando a los científicos para mantenerse por delante
del problema. Pero los investigadores aún necesitan reducir las colisiones para
encontrar el bosón de Higgs que ha sido buscado por mucho tiempo, el cual es la
manifestación de un campo que se cree que confiere masa a otras partículas.
Si existe, el bosón de Higgs aparece fugazmente en el
interior de la máquina antes de desintegrarse en partículas más ligeras. El año
pasado, los dos mayores detectores del LHC lograron ver indicios del bosón de
Higgs con una masa de alrededor de 125 gigaelectronvoltios (la energía y la
masa son intercambiables en la física de partículas). Este año, los
investigadores quieren recoger más datos para ver si la señal se convierte en
una certeza, o se marchita de nuevo a nada.
Desde que inició su última descubrimiento el mes pasado, el
LHC ha estado reduciendo los miles de millones de protones en manojos cada vez
más pequeños, y rompiendolos decenas de millones de veces por segundo. Los
datos resultantes se miden en femtobarns inversas (FB-1), una unidad
equivale aproximadamente a 100 billones de colisiones. En el último mes, el LHC
registra un fb-1. A finales del año que tiene como objetivo haber
capturado al menos 15 fb-1.
Para reunir estos datos los investigadores están impulsando
el colisionador de dos maneras: por medio de la aceleración cada vez mayor de
las partículas y el aumento del número de choques. Energías más altas permiten a
las partículas más pesadas estallar y generar nuevas partículas, pero es el
número de colisiones lo que se necesita para generar suficientes datos para que
así los físicos puedan declarar un descubrimiento. En las próximas semanas, los
científicos llenaran de más protones el interior de la máquina, tratando de
centrar las partículas tan firmemente como sea posible sobre los puntos de
colisión en el centro de los dos mayores detectores del LHC.
Cada vez que dos racimos apretados de protones cruzan, generan
un promedio de 27 colisiones. Pero pocas semanas, ese número se espera que
aumente a 30 colisiones y a mediados de año alcanzar un máximo de alrededor de
40 colisiones por cruce. Los dos detectores principales del LHC se diseñó para
manejar sólo alrededor de dos docenas de colisiones a la vez. Pero se las han
arreglado para hacer frente a este gran reto hasta ahora.
Cada detector está compuesto de capas de pequeños detectores
que graban las pistas de los escombros procedentes del centro de la colisión.
Cuando se produce una colisión, las computadoras por encima de la máquina
pueden decidir si los datos son de interes y, de ser así, se hace una
reconstrucción de la colisión con las pistas que deja. Sin embargo, cuando
decenas de colisiones se producen a la vez, los equipos deben desenredarlas.
El año pasado, los investigadores que trabajaron con el
detector ATLAS formaron un grupo de trabajo para abordar el problema de
amontonamiento, reescribiendo el código informático de forma que el detector pueda
hacer frente a las colisiones adicionales. El miembro del equipo de Salzburgo
Andreas dice que el grupo ha estado trabajando duro para eliminar a los
"fantasma" de las partículas que aparecen cuando las trayectorias de
varias partículas se alinean, creando la ilusión de una partícula que no está
realmente allí. La eliminación de estos fantasmas tan pronto como sea posible
reduce la cantidad de potencia informática necesaria para trabajar los datos
útiles.
En el Compact Muon Solenoid (CMS), rival del detector ATLAS,
los físicos han generado ques sus algoritmos apliquen triage a los datos sobre
la marcha para conseguir un buen análisis del rastros de partículas.
"¿Alguna vez has jugado pick-up sticks?, Usted toma las más fáciles en
primer lugar, y poco a poco se hace más simple permitiendo hacer frente a los
demás".
Tales trucos es probable que sean menos eficaces con el
aumento en el número de colisiones. En los bordes exteriores de la máquina los
segmentos de detectores son más grandes y tienen menor resolución, por lo que
no podría ser posible separar algunas de las pistas. Esto podría reducir la
capacidad de un detector para recoger una firma de Higgs: un decaimiento a un par
de bosones W, lo que provoca una cascada de partículas que necesitan ser
capturadas por estos segmentos exteriores.
Por ahora, las montañas de datos adicionales deben compensar
lo que se pierde al acumularse. Los investigadores esperan que se pierda más
del 15% de los eventos lo cual provocara una probable una decadencia de Higgs,
que produce dos rayos gamma. Y si ATLAS y CMS no puede manejar las partículas
adicionales que surgen a través de la máquina, dice Lamont, los físicos del
acelerador están listos para hacer el trabajo de nuevo.
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