El Modelo Estándar es la mejor descripción que tenemos del mundo de la física de partículas. Es tan robusto y perfecto que, a pesar de llevar muchos años buscando fisuras en él, los físicos aún no las han encontrado. Han dado con algunos indicios prometedores, pero esta teoría es tan sólida que permanece en pie. Intacta. Los investigadores son conscientes desde hace mucho tiempo de que para elaborar nueva física y ampliar nuestros conocimientos en el ámbito de la física de partículas es imprescindible derribar los muros del Modelo Estándar.
El problema es que llevarlo a cabo es muy difícil. Tanto, de hecho, que el propio CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear) lo describe tal y como hemos hecho nosotros en el titular de este artículo: es necesario hacer posible lo imposible. Afortunadamente los físicos de esta institución tienen un plan. Uno muy ambicioso y extraordinariamente prometedor que puede depararnos muchas sorpresas durante la próxima década. Y el HL LHC (High Luminosity Large Hadron Collider o LHC de alta luminosidad) es su protagonista indiscutible.
Del LHC de alta luminosidad al Futuro Colisionador Circular
Si el itinerario que ha planificado el CERN sigue su curso tal y como lo ha hecho hasta ahora el HL LHC estará listo a finales de esta década. En 2030. Y será capaz de producir nada menos que 40 millones de colisiones por segundo. La cantidad de información que generará será tan enorme que, tal y como nos explicó el físico español Santiago Folgueras en la conversación que mantuvimos con él a principios de diciembre, será necesario poner a punto un sistema que sea capaz de analizar los datos en tiempo real y tomar una decisión respecto a la colisión que se acaba de producir.
El HL LHC producirá 250 femtobarns inversos cada año hasta alcanzar los 4.000 durante todo el periodo de actividad
Este es, precisamente, el propósito del HL LHC: incrementar drásticamente el número de colisiones si las comparamos con las que se han producido en las anteriores iteraciones del LHC. La luminosidad mide, de hecho, cuántas potenciales colisiones de partículas se producen por unidad de superficie y tiempo. Se mide en femtobarns inversos, de manera que cada uno de ellos equivale a 100 billones de colisiones entre protones. Eso sí, se trata de billones en escala larga, por lo que un femtobarn inverso son 100 millones de millones de colisiones.
Desde que comenzaron los experimentos en el acelerador, en 2010, hasta finales de 2018, que fue el momento en el que cesó su actividad, se produjeron en su interior 150 femtobarns inversos. De acuerdo con la planificación actual de los técnicos del CERN las modificaciones que requiere el LHC para incrementar su luminosidad deberían ser capaces de producir 250 femtobarns inversos cada año hasta alcanzar los 4.000 durante todo el periodo de actividad. Ahí queda eso.
En cualquier caso lo más interesante es recordar que las mejoras que los técnicos del CERN están introduciendo en el LHC responden a la necesidad de encontrar fisuras en el Modelo Estándar con el propósito de ampliar nuestra comprensión del mundo de las partículas. Algunas de las preguntas que los físicos del CERN tienen la esperanza de poder responder con la ayuda del HL LHC son qué es y qué propiedades tiene la materia oscura, por qué los neutrinos tienen masa y por qué no hay antimateria en el universo. No cabe duda de que son preguntas apasionantes.
No obstante, el plan de los físicos del CERN no acaba con el HL LHC. Cuando finalmente concluyan todos sus ciclos de operación esta institución planea construir el FCC (Futuro Colisionador Circular), un acelerador mucho más grande que el HL LHC y capaz de llegar a energías mucho más altas. Presumiblemente tendrá una circunferencia de 100 km (la del actual LHC mide 27 km), y su construcción arrancará en 2038. El propósito de los físicos del CERN es que el FCC sea capaz de alcanzar durante la segunda etapa del proyecto una energía de 100 TeV (teraelectronvoltios). Para formarnos una idea precisa acerca de qué estamos hablando solo tenemos que recordar que el LHC actual trabaja con una energía de 16 TeV. Ante esta perspectiva es imposible no ilusionarse.
Imagen de portada: CERN
Más información: CERN
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