Cada acelerador de partículas está diseñado para una energía de haz específica. Cuanto mayor es la energía del haz, más masivas son las partículas que se pueden crear en colisiones. El LHC fue diseñado para un máximo de 13 Tera Electronvolts (TeV).
En la primera ejecución, corrió a 7-8 TeV. En esta carrera, de tres años, el LHC generó 100 petabytes de datos de millones de colisiones de partículas. También confirmó el descubrimiento de una partícula que se parece al tan buscado bosón de Higgs.
Desde principios de 2013, el LHC ingresó LS1, o Long Shutdown 1, para mantenimiento y actualización. En este período, los imanes superconductores fueron reemplazados debido al desgaste, las conexiones eléctricas se fortalecieron y mejoraron y la calidad del haz se mejoró. También tienen paquetes de protones más pequeños en los haces para distinguir mejor las colisiones individuales, una mejor criogenia para los imanes superconductores y la electrónica que detiene la radiación, entre otras cosas.
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En la segunda ejecución, los haces de partículas serán de mayor energía y también serán más estrechos. La alta energía permite que los experimentos lleguen a escalas de masa que no se han probado hasta la fecha, y generan partículas posiblemente más pesadas de lo que hemos observado. A medida que las vigas se vuelven más enérgicas, también se vuelven más estrechas, lo cual es bueno, ya que proporciona una mejor sección transversal para las colisiones. Más eventos, más datos, más ciencia.
Luminosidad aumentada
En los experimentos de física de partículas, la luminosidad es una medida de cuántos eventos ocurren en las colisiones. Es una medida de la utilidad del acelerador y el experimento. Más luminosidad significa más eventos y una mejor búsqueda.
¡El aumento de energía del haz significa que la luminosidad aumentará cien veces! Esto significa una cantidad de datos sin precedentes en poco tiempo después del comienzo de la ejecución 2.
Preguntas
Hay preguntas que afectan a la comunidad física en general, que la segunda serie del LHC buscará responder con su mayor luminosidad y energía del haz.
El Modelo Estándar de Física de Partículas es una teoría asombrosamente exitosa, y ha sido repetidamente confirmado por el descubrimiento de varias partículas teorizadas por él. Sin embargo, sabemos que no es la teoría más completa de la física de partículas debido a algunas preguntas pendientes. ¿Hay física más allá del modelo estándar? ¿Hay supersimetría? ¿Cuál es la naturaleza de la materia oscura y la energía oscura? ¿Por qué el universo parece afinado?
La primera ejecución del LHC estuvo plagada de entusiasmo en toda la comunidad, porque la atención se centró en encontrar el Higgs y tratar de confirmar completamente el Modelo Estándar. La segunda carrera trae un tipo diferente de frenesí y anticipación, ya que la búsqueda ahora va más allá de eso, y encontrar nada podría ser menos emocionante que encontrar algo nuevo.
El higgs
La segunda carrera producirá más de 5 millones de eventos Higgs. Esto nos dará una tonelada de datos para analizar y diseccionar las propiedades del candidato de Higgs recién descubierto.
A través de búsquedas más recientes, queremos poner límites más precisos en la masa del bosón y sus secciones transversales con varias otras partículas. También queremos medir los acoplamientos del Higgs con otras partículas fundamentales con precisión.
Mejores experimentos en la Carrera 2 nos permitirán observar cualquier anomalía en el comportamiento de Higgs con respecto a las predicciones del Modelo Estándar, ¡lo que podría abrir puertas para la física nunca antes vista!
Partículas Exóticas
La masa del bosón de Higgs recién descubierto es un poco desconcertante para la comunidad de física de partículas al ser más ligera de lo que esperaban que fuera.
Una posible explicación para esto es la interacción del Higgs con un montón de partículas exóticas del “sector oscuro” que no interactúan electromagnéticamente pero tienen masa. Por lo tanto, estudiar el Higgs se vuelve importante como un puente entre este conjunto exótico de partículas y el Modelo Estándar conocido.
El modelo estándar de la física de partículas consta de dos tipos de partículas: fermiones o partículas de materia, y bosones , o partículas de fuerza. Los bosones median las fuerzas entre los fermiones, y todo lo que vemos está fundamentalmente formado por las interacciones de estos tipos de partículas de remolque.
La supersimetría es una extensión del modelo estándar que tiene como objetivo llenar ciertos vacíos en él. El bosón de Higgs debería tener una masa muy alta debido a su interacción con las otras partículas, pero en la naturaleza muestra una masa mucho más baja. Para explicar la baja masa del bosón de Higgs, la supersimetría le da a cada partícula en el Modelo Estándar un compañero, que cancela las contribuciones a la masa de Higgs de las partículas normales.
La supersimetría combina un compañero fermiónico con cada bosón en el modelo estándar y uno bosónico con cada fermión. Las partículas socias supersimétricas aún no se han observado, y la paciencia de la comunidad con la teoría se está agotando.
Amantes de Susy, como se le llama con cariño a la supersimetría, las búsquedas de esperanza con mayor energía en el LHC conducirán al descubrimiento de las partículas de Susy más livianas. De hecho, descubrir a Susy es uno de los objetivos más esperados de la ejecución 2, ya que abrirá puertas para una avalancha de posibilidades más allá del Modelo Estándar. ¡El LHC puede detectar partículas de Susy (espartículas) de luz teorizadas llamadas squarks y gluinos!
La materia oscura es un tipo de materia postulada que explica el modelo prevaleciente de cosmología. Es fundamental para nuestras teorías sobre cómo se formó la estructura a gran escala en el universo, y se verifica mediante observaciones año tras año.
Es un tipo de materia que interactúa muy débilmente y solo siente la gravedad. Como no interactúa electromagnéticamente, es imposible observarlo con telescopios. Sin embargo, a partir de modelos y observaciones de cosmología y formación de estructuras, sabemos que representa alrededor del 26% de la energía de masa conocida en el universo.
La naturaleza exacta de este tipo de materia es desconocida para los físicos, y dado su éxito en los modelos de cosmología, este es uno de los misterios sobresalientes en física.
Las partículas supersimétricas son candidatas para la materia oscura. Las teorías de Susy predicen que las partículas supersimétricas más ligeras son estables, débilmente interactivas y suficientemente masivas, además de ser electromagnéticamente inertes. Estas son las características exactas que estamos buscando en la materia oscura.
La detección de materia oscura se lleva a cabo en experimentos al buscar el contenido de energía faltante de los chorros producidos por colisiones. La energía y el impulso de las partículas después del choque pueden calcularse con precisión, y la falta de energía transversal podría ser la señal de la materia oscura.
Falta de antimateria y plasma Quark-Gluon
La creación del universo debería haber creado cantidades iguales de materia y antimateria. Sin embargo, las observaciones nos muestran que hay mucha más materia en el universo observable que la antimateria. Esta asimetría ha sido una pregunta desconcertante para los físicos durante mucho tiempo.
El aumento de la luminosidad y la mayor energía conducirán a muchos más eventos de producción de antipartículas, dando a los físicos más datos para estudiar minuciosamente las propiedades de antimateria en la búsqueda para descubrir una clave desconocida para esta asimetría.
Del mismo modo, un mayor número de eventos permitirá a los científicos estudiar mejor un estado de la materia conocido como plasma quark-gluon, una sopa de quarks no confinados que existía justo después del Big Bang.
