Las colisiones en el LHC

Después de que ya haya pasado más de un año desde que el LHC (Gran Colisionador de Hadrones) de Ginebra haya creado un agujero negro que ha destruido la Tierra y a todos nosotros por el camino, como gritaban y denunciaban algunos¹, no estará de más entender qué son las las imágenes que muestran las colisiones que tienen lugar en el aparato.

Viendo una de las imágenes perteneciente a un evento ocurrido en uno de los detectores que tiene el LHC, el CMS (ahora mismo hay 4 detectores distintos), como la de arriba, podemos ver que se suelen diferenciar en tres partes, que no son más que tres vistas del detector, que tiene forma de cilindro: una desde un costado, B, otra desde uno de los «tapas», A, y otra una vista en 3D, C.

Así que para centrarnos, a través de los dos laterales del cilindro entra y sale el anillo del LHC (de unos 27 km de largo), y que es por donde van las partículas (protones en general). De forma que en B lo vemos según las flechas 2, y en A el anillo quedaría entrando hacia dentro, perpendicular a la pantalla del ordenador.
Entonces, entra un haz de partículas por un extremo del detector y otro, en dirección contraria, por el otro extremo, colisionando en el centro, que será el lugar de donde surgirán todas las partículas resultantes (punto 1).

Partes de los detectores

Aquí prácticamente todos los detectores presentes en los aceleradores de partículas son similares, constan de:

• tracker (región 3) que es la primera zona que se encuentran las partículas tras impactar entre ellas. Éste no es más que una cámara con un enorme número de detectores que se encargan de seguir o trazar la trayectoria de las partículas que salen (líneas amarillas).
  Eso sí, solo detecta partículas cargadas eléctricamente, como electrones o protones, no fotones.
• Calorímetros (región 4) que son las siguientes cámaras que hay. Éstos se dividen en dos: primero el calorímetro electromagnético y luego el calorímetro hadrónico.

  El primero lo que hace es que detecta si le está atravesando una partícula que interacciona electromagnéticamente: electrón, fotón o protón. Y normalmente se representan por esa barra de color rojo.
  El segundo es similar, solo que ahora solo detecta si lo que le atraviesa es un hadrón: protón o neutrón. Y se representa por las barras azules.

• Y por último la cámara de muones (región 5 y 6), que lo que hace es detectar si pasa algún muón (partícula similar al electrón pero más pesada), como ha ocurrido en el caso que hemos puesto y vemos en 6 que se ha «iluminado» esa zona, por el paso de dos muones (las dos líneas rojas).

Así, observando el rastro que ha dejado una partícula dada y observando en qué zonas se ve o no se ve, se puede deducir qué partícula es. Y así reconstruyendo todas (la mayoría de) las partículas producidas, podremos saber qué reacción o colisión ha tenido lugar, como en este caso que es un candidato a que se han producido dos muones.

Por último, como puntualización, el número de choques que se producen en cada detector es tan elevado en un espacio de tiempo tan corto que los propios sistemas no son capaces de guardar en disco todas las colisiones, por lo que se utilizan algoritmos optimizados que van «seleccionando» los eventos que sí parecen interesantes y desprecian los más comunes y, por tanto, más irrelevantes. De una forma similar a lo que podemos ver en el siguiente vídeo, pero con un toque más de humor, de la fábrica de chocolate:

Porque la física de partículas en el fondo es divertida.

¹Entre ese algunos, y como las últimas denuncias que se presentaron antes de que por fin dejaran de predicar mensajes apocalípticos, nos encontrábamos con noticias como esta en ADN.es, en la que dos «científicos» (lamentablemente uno de ellos español…) denunciaban que el LHC se trabaría la Tierra.
Claro que aquí llaman «científicos» a un consultor de tecnologías y marketing e inversor… no sé si ya habrán festejado que el mundo se acabó hace un año.

Más información

• Explicación original publicada en Symmetry breaking, del FERMILAB (sí, son los del FERMILAB, Chicago, los primeros que explican los eventos del LHC, Ginebra), y visto a través de Francis (th)E mule Science’s News (la Ciencia de la Mula Francis).
• Idea original de utilizar ese video como representación de lo que ocurre en las inmediaciones del LHC en este artículo.
• Para seguir en tiempo real lo que se cuece por el LHC, su página, que van actualizando a tiempo real lo que está ocurriendo.

Entrada destinada al X Carnaval de Física.