El Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) ha completado esta semana su primer ciclo de funcionamiento colisionando protones. Los primeros tres años de funcionamiento del mayor acelerador de partículas se han coronado con un nuevo hito. Se ha logrado reducir a la mitad el espacio entre los paquetes de protones en los haces para incrementar su intensidad.

“El nuevo logro es un buen augurio para el próximo ciclo del LHC, que empieza en 2015”, dice el director de Aceleradores y Tecnología del CERN, Steve Myers, en relación a la mayor intensidad de los haces de protones conseguida tras reducir a la mitad el espacio entre los paquetes de estas partículas. El logro coincide con el final, este lunes, del primer ciclo de funcionamiento de colisión de protones en el centro.

“Los haces de alta intensidad son vitales para el éxito del programa del LHC. Haces más intensos suponen más colisiones y mejores opciones de observar fenómenos desconocidos”, añade Myers.

Para poner esto en contexto, de los 6.000 billones de colisiones entre protones generados por el LHC, los experimentos ATLAS y CMS han registrado cada uno alrededor de 5.000 millones de colisiones de interés durante los últimos tres años. De estas, solo alrededor de 400 produjeron resultados compatibles con la partícula parecida al bosón de Higgs cuyo descubrimiento fue anunciado en julio.

Un haz en el LHC no es un continuo de partículas, sino que está dividido en cientos de paquetes, de unas decenas de centímetros de largo cada uno. Cada paquete contiene más de 100.000 millones de protones. Durante los últimos días, el espacio entre paquetes se ha reducido a la mitad con éxito, alcanzando la configuración especificada en el diseño del LHC de 25 nanosegundos entre paquetes, en lugar de los 50 nanosegundos usados hasta ahora.

Récord de paquetes 

Reducir a la mitad el espacio entre paquetes permite doblar el número de paquetes en el haz. El pasado fin de semana se alcanzó un récord de 2.748 paquetes, casi dos veces más del máximo alcanzado en 2012, aunque a una energía de 450 GeV y sin colisionar. Varias horas de colisiones se produjeron con 396 paquetes en cada haz espaciados en 25 nanosegundos, acelerando cada haz a una energía de 4 TeV.

“El funcionamiento del LHC ha superado todas las expectativas en los últimos tres años”, dice Myers. “El acelerador ha proporcionado más de 6.000 billones de colisiones y la luminosidad se ha incrementado continuamente. Es un logro fantástico, estoy muy orgulloso de mi equipo”.

La luminosidad, un parámetro crucial que mide la tasa de colisiones de un acelerador, ha alcanzado un valor de 7,7x10³³cm^-2s^-1, más del doble del valor máximo obtenido en 2011. La energía de colisión se incrementó de 7 TeV en 2011 a 8 en 2012.

“El funcionamiento del detector CMS ha sido excelente durante todo el año lo que ha permitido registrar casi el 94% de las colisiones que se han producido en el LHC. Esto ha sido posible gracias a  un gran trabajo de equipo y a la dedicación de cientos de colaboradores de todo el mundo que han participado en la toma de datos y en el mantenimiento del detector. Ahora estamos esperando con impaciencia las nuevas colisiones protón-plomo que tendrán lugar a mediados de enero”, declara María Chamizo, coordinadora de la toma de datos de CMS, uno de los dos grandes experimentos del LHC, e investigadora del CIEMAT.

Esta mejora del funcionamiento año tras año ha permitido a los experimentos del LHC obtener resultados más rápido de lo esperado. Además del espectacular descubrimiento de una partícula compatible con el bosón de Higgs anunciado en julio, los experimentos han llevado a cabo otros estudios mejorando nuestra comprensión de la materia.

Al comienzo de 2013, el LHC colisionará protones con iones pesados antes de someterse a una larga parada de mantenimiento hasta finales de 2014. El funcionamiento se reanudará en 2015 con una energía de colisión incrementada hasta 13 TeV y otro aumento de luminosidad.

Instrumento CMS del LHC. Imagen: Maximilien Brice (CERN)