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El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) ha comenzado a colisionar iones de plomo en lugar de protones como se venía haciendo hasta ahora, lo que que permitirán indagar en el proceso de formación de la materia justo después del Big Bang. La transición se ha completado con éxito entre el 4 y el 8 de noviembre, un mes antes de la parada técnica invernal del gran acelerador prevista para el 6 de diciembre.
Después de extraer el último haz de protones el pasado 4 de noviembre, las primeras colisiones con iones de plomo, que permitirán indagar en el proceso de formación de la materia justo después del Big Bang, se registraron este fin de semana. Hoy por fin hoy se produjeron las condiciones estables en las colisiones que marcan el comienzo de la investigación con iones pesados. Este modo de funcionamiento se prolongará hasta el 6 de diciembre.
Cuatro días es todo lo que necesitó el equipo de operaciones del LHC del CERN para completar el paso de protones a iones de plomo en el gran acelerador. Después de extraer el 4 de noviembre el haz final de protones de 2010, la puesta a punto del haz de iones de plomo estaba en marcha a primera hora de la tarde. Las primeras colisiones se registraron a las 00:30h del 7 de noviembre, y las condiciones estables de funcionamiento permitieron el comienzo de los trabajos con iones pesados a las 11:20 h del 8 de noviembre.
“La velocidad de la transición a iones de plomo es una prueba de la madurez del LHC”, dice el director general del CERN, Rolf Heuer. “La máquina está funcionando como un reloj después de sólo unos meses de operaciones de rutina”.
El funcionamiento del LHC con iones de plomo (átomos de plomo despojados de electrones) es completamente diferente del funcionamiento de la máquina con protones. Desde la fuente de las partículas hasta las colisiones, los parámetros de operación tienen que ser restablecidos para el nuevo tipo de haz. Para los iones de plomo, como para los protones antes de ellos, el procedimiento se inició inyectando un solo haz en el anillo del acelerador en una dirección e ir aumentando progresivamente el número de vueltas antes de repetir el proceso con el otro haz.
Una vez que la circulación de los haces ha sido establecida, estos pueden ser acelerados hasta una energía total de 287 teraelectronvoltios (TeV) por haz. Esta energía es mucho mayor que para los haces de protones, ya que los iones de plomo contienen 82 protones. Otro período de ajuste cuidadoso se necesitó para alinear los haces para las colisiones, y, una vez conseguido esto, se declararon establecidas las condiciones nominales para la toma de datos, lo que el CERN denomina “haces estables”.
Confirmación de los tres experimentos
Los tres experimentos que tomarán datos con iones de plomo, ALICE, ATLAS y CMS, ahora pueden esperar un funcionamiento continuo de iones de plomo hasta la parada técnica de invierno del CERN, que comienza el 6 de diciembre.
“El LHC ha funcionado magníficamente en este nuevo reto”, aseguró la investigadora del Instituto de Física de Cantabria (IFCA, CSIC-Universidad de Cantabria) Teresa Rodrigo, presidenta del Consejo de la colaboración CMS. “El proceso de preparación y colisión de haces de iones ha trascurrido perfectamente tal como estaba previsto. CMS vio las primeras colisiones este fin de semana y está colectando datos desde entonces, con el detector y todos los sistemas de adquisición trabajando perfectamente. Es un estupendo fin de año para el LHC y sus experimentos. Sin duda pronto tendremos más resultados interesantes también en este dominio”, manifestó Rodrigo.
"Hemos diseñado la CMS como un detector de usos múltiples", dice Guido Tonelli, portavoz de la colaboración, “y es muy gratificante ver lo bien que se adapta a este nuevo tipo de colisión. Disponer de los datos recogidos por el mismo detector en los modos protón-protón y de iones pesados es una poderosa herramienta para buscar señales inequívocas de los nuevos estados de la materia".
"Ha sido muy impresionante comprobar lo bien que el LHC se ha adaptado a los iones de plomo", dice Jurgen Schukraft, portavoz del experimento ALICE. "El detector ALICE ha sido optimizado para registrar el gran número de rastros que surgen de las colisiones de iones y ha manejado las primeras colisiones muy bien, así que todo está listo para explorar esta nueva oportunidad en el LHC".
"Después del éxito con los protones, estamos muy contentos de movernos a esta nueva fase de la operación del LHC", dice la portavoz de ATLAS, Fabiola Gianotti. "El detector ATLAS ha registrado por primera vez los eventos espectaculares de iones pesados, y estamos ansiosos de estudiarlos en detalle".
El funcionamiento con iones de plomo se abre un camino completamente nuevo para el programa de investigación del LHC, ya que explorará la materia como habría sido en los primeros instantes de la existencia del Universo. Uno de los objetivos principales del funcionamiento con iones de plomo es producir pequeñas cantidades de este tipo de materia, que se conoce como “plasma de quarks y gluones”, y estudiar su evolución hasta el tipo de materia que compone el universo actual. Esta exploración arrojará más luz sobre las propiedades de la interacción fuerte, que une las partículas llamadas quarks en grandes objetos, como los protones y los neutrones.
Tras la parada técnica de invierno, el colisionador iniciará de nuevo colisiones con protones en febrero, manteniendo su funcionamiento durante todo 2011.
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