El IFIC trabaja en la adaptación de experimentos a las grandes posibilidades del futuro LHC

El Instituto de Física Corpuscular trabaja en la mejora de los experimentos ATLAS y LHCb para adaptarse al gran incremento de colisiones previstos, a partir 2026, en el mayor acelerador de partículas del mundo. El CERN celebra hoy el inicio del trabajo de ingeniería civil para el LHC de Alta Luminosidad, un nuevo hito en la historia del CERN. Esta actualización del Gran Colisionador de Hadrones mejorará su rendimiento y aumentará la probabilidad de descubrir nuevos fenómenos de la Física.

El LHC comenzó sus colisiones entre partículas en 2010. Dentro de los 27 kilómetros del anillo del LHC, paquetes de protones viajan casi a la velocidad de la luz y chocan en cuatro puntos. Estas colisiones generan nuevas partículas que se miden en los detectores situados en los puntos de interacción. Analizando estas colisiones, físicos de todo el mundo profundizan en el conocimiento de las leyes de la naturaleza.

Mientras que el LHC es capaz de producir hasta 1.000 millones de colisiones entre protones cada segundo, el HL-LHC incrementará este número, conocido como 'luminosidad', en un factor 5 o 7. Esto supone poder investigar fenómenos físicos muy infrecuentes y obtener medidas mucho más precisas. Por ejemplo, el LHC permitió descubrir el bosón de Higgs en 2012 y probar cómo adquieren sus masas las partículas. Esta mejora del LHC podría clarificar con mayor precisión las propiedades del bosón de Higgs. Además, se investigarán teorías más allá del Modelo Estándar, la teoría que describe las partículas elementales y sus interacciones, incluyendo la supersimetría, la existencia de dimensiones extra o si los quarks, los ladrillos que componen la materia visible, están compuestos por algo más elemental aún...

El proyecto del LHC de Alta Luminosidad es un esfuerzo internacional que implica a 29 instituciones de 13 países, incluida España con el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT). Comenzó en 2011 y fue incluido dos años después entre las prioridades de la Estrategia Europea de Física de Partículas, la hoja de ruta de la disciplina. Tras el éxito de la fase de pruebas, se construirán e instalarán muchos elementos nuevos en el LHC en los próximos años. Algo más de un kilómetro del actual acelerador se reemplazará completamente con nuevos componentes como imanes, colimadores y cavidades de radiofrecuencia.

 

Participación del IFIC en el LHC de Alta Luminosidad

El Instituto de Física Corpuscular (IFIC), Centro de Excelencia Severo Ochoa de la Universitat de València y el CSIC, juega un papel muy importante en dos elementos fundamentales de la futura actualización de ATLAS, el más grande de los detectores de propósito general del LHC con sus 46 metros de largo y 25 de alto. El primer elemento es la electrónica que extraerá los datos de los calorímetros, instrumentos que miden la energía de las partículas producidas en las colisiones. El IFIC ha diseñado el sistema de lectura del calorímetro hadrónico de ATLAS, compuesto por nuevos módulos electrónicos que incrementan la velocidad de transmisión y procesamiento de datos, y también participa en el diseño y construcción de una parte de los sensores de silicio que forman el detector de trazas de ATLAS, la parte más cercana a las colisiones que registra las trayectorias de las partículas con una resolución espacial de millonésimas de metro.

El IFIC ha liderado el diseño y la prueba de uno de los dos tipos de sensores de silicio que lo componen, de tipo strip, así como los soportes de fibra de carbono donde se instalarán estos sensores, los servicios necesarios para su correcta operación (refrigeración, fibras ópticas para transmitir datos y señales de control, cables para proporcionar los voltajes adecuados) y la estructura mecánica, de tres metros de largo y dos metros de diámetro, que permitirá mantener la resolución espacial general y soportará los sensores.

En total una treintena de personas entre la plantilla del IFIC está implicada en las labores de actualización de ATLAS, que culminarán con la instalación de los nuevos sistemas a partir de 2024 para el inicio del LHC de Alta Luminosidad en 2026. Además, se han formado dos nuevos doctores asociados a este trabajo, y 6 trabajos fin de máster.

Por otro lado, el IFIC también contribuye al nuevo sistema de reconstrucción de trazas del experimento LHCb (llamado SciFi), en particular al diseño y producción de la electrónica de lectura de datos, así como al desarrollo de algoritmos de reconstrucción y selección de eventos (trigger) especialmente orientados a partículas de larga vida media. Esta actualización de LHCb se llevará a cabo aprovechando la próxima parada técnica del LHC (2019-2020). Además, el IFIC participa en el desarrollo del programa de investigación en física de blanco fijo del experimento LHCb, en particular de un sistema basado en cristales curvados optimizado para medidas de momentos magnéticos y eléctricos de bariones pesados (un tipo de partícula compuesta).