Cómo son detectadas las colisiones

Las colisiones buscan ir más allá en el conocimiento de la materia que constituye el Universo y encontrar información de los componentes más pequeños de la materia. En esas colisiones nuevas partículas son creadas, lo que proporciona valiosos datos para la Física de Partículas. En cierto sentido, los aceleradores de partículas son los "súper microscopios" de hoy. Cada vez que dos paquetes de protones (bunches) se cruzan en el interior de uno de los detectores se producen múltiples colisiones protón – protón simultáneas.

Sabemos que “la materia puede convertirse en energía pero no sabemos cómo ocurre y sabemos que 1 milmillonésima de segundo después del Bing Bang la materia no existía en forma de protones y electrones sino en un estado completamente diferente también sabemos la gravedad era sumamente importante en ese evento pero no sabemos cómo funcionaba exactamente, tal vez la realidad exterior se parezca mucho a la ciencia ficción, así el LHC es como una nave espacial adentrándose hacia lo desconocido, buscando respuestas a todas estas cuestiones, para esto se realizan 4 grandes experimentos denominados ATLAS, ALICE, CMS, LHCb para ello se han construido 4 detectores gigantes a lo largo del anillo del LHC que capturan el instante de la colisión de las partículas y que son utilizada para avanzar en la comprensión de los misterios del Universo” aclara Brian Cox, profesor de la Royal Society de la Universidad de Manchester y partícipe del programa ATLAS del CERN, en el documental del LHC del CERN.

Como nos cuenta Brian Cox, el sistema incorpora cuatro detectores que han sido construidos en sendas enormes cavernas a lo largo del anillo del LHC. Ellos recogen los datos producidos como resultado de las colisiones. Los detectores (también llamados experimentos) son: ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS), ALICE (A Large Ion Collider Experiment), CMS (Compact Muon Solenoid), LHCb (Large Hadron Collider beauty experiment).

Además, hay otros dos experimentos: TOTEM (Total Cross Section, Elastic Scattering and Diffraction Dissociation at the LHC) y LHCf (Large Hadron Collider forward).

ALICE

ALICE es un detector especializado en analizar las colisiones de iones. Estudiara las propiedades del plasma de quark-gluón, un estado de la materia donde los quarks y los gluones, bajo condiciones de muy alta temperatura y densidad, no están confinados dentro de los hadrones. Así tal estado de materia probablemente existió justo después del Big Bang, antes de que las partículas como los protones y los neutrones se formasen. La colaboración internacional incluye más de 1500 miembros de 104 institutos en 31 países (julio 2007).

ATLAS

ATLAS es un detector de propósito general diseñado para cubrir el espectro más ancho posible de física en el LHC, desde la búsqueda del bosón de Higgs a la supersimetría (SUSY) y extra dimensiones. La mayor característica del detector ATLAS es su enorme sistema de imanes en forma de rosquilla. Este consiste en ocho imanes superconductores anulares de 25 m de largo, organizados desde un cilindro alrededor del conducto del haz que atraviesa el centro del detector. ATLAS es el detector de colisiones de mayor volumen jamás construido. La colaboración consiste en más de 1.900 miembros de 164 instituciones en 35 países (Abril 2007).

CMS

CMS es un detector de propósito general con el mismo propósito físico que ATLAS, pero diferentes soluciones técnicas y diseño. Está construido alrededor de un enorme solenoide superconductor. Este tiene la forma de un anillo cilíndrico de cable superconductor que genera un campo magnético de 4 T, aproximadamente 100 000 veces mayor que el de la Tierra. Más de 200 personas trabajan para CMS, de 181 instituciones en 38 países (mayo 2007).

LHCb

El LHCb se especializa en el estudio de la ligera asimetría entre materia y antimateria presente en interacciones de partículas β (partículas que contienen el quark b). Comprenderlo debe resultar inestimable para responde a la pregunta: “¿Por qué nuestro Universo esta hecho de la materia que observamos?” En vez de rodear el punto de colisión completo con un detector cerrado, el experimento LHCb utiliza una serie de subdetectores para detectar principalmente las partículas adelantadas. El primer subdetector se construye alrededor del punto de colisión, mientras que los siguientes van uno detrás de otro en una longitud de 20 m. La colaboración del LHCb tiene más de 650 miembros de 47 instituciones en 14 países (Mayo 2007). 

LHCf

LHCf es un pequeño experimento que medirá las partículas producidas muy cerca de la dirección del haz en las colisiones protón-protón en el LHC. El motivo es comprobar los modelos utilizados para estimar la energía primaria de los rayos cósmicos de ultra energéticos. Tiene detectores a 140 m del punto de colisión de ATLAS. La colaboración tiene 21 miembros de 10 institutos en 6 países (figuras actualizadas se encuentras disponibles en http://graybook.cern.ch ).

TOTEM

TOTEM medirá el tamaño efectivo o “sección transversal” de los protones en LHC. Para hacer esto TOTEM debe ser capaz de detectar partículas producidas muy próximas al haz de LHC. Incluye detectores alojados en cámaras de vacío especialmente diseñadas llamadas “Ollas romanas”, las cuales están conectadas a la línea del haz del LHC. Ocho Olla Romana se colocarían en pares de cuatro localizaciones cerca del punto de colisión del experimento CSM. TOTEM tiene más de 70 miembros de 10 institutos en 7 países (las figuras actualizadas se encuentran disponibles en http://graybook.cern.ch )