Argentina podría contribuir al desarrollo de un detector para el experimento Atlas

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) ubicado en la frontera franco-suiza y sus detectores han permitido que los científicos pudieran realizar grandes descubrimientos, si bien otros hallazgos quedan pendientes y será más probable alcanzarlos en la medida en que sus instrumentos se sigan perfeccionando.

En este sentido, con el afán de superar la frontera tecnológica actual, nuestro país podría participar en las mejoras para uno de los instrumentos del experimento ATLAS, que es el conjunto de detectores más importante para buscar al bosón de Higgs, la partícula elemental que aun no ha sido comprobada experimentalmente, aun cuando las teorías indican que debe existir.

La doctora María Teresa Dova, coordinadora del grupo de investigación platense en el detector ATLAS y también vocera argentina ante la colaboración internacional de este experimento, presentó este proyecto que, de concretarse, sería otro paso para que Argentina se posicione, aun mejor, entre los países que están a la vanguardia del avance del conocimiento a escala global.

En diálogo con la Agencia CTyS, la doctora Dova explicó que este instrumento sería un subdetector de luminosidad, un parámetro que permite determinar el número de colisiones entre protones que son de interés físico, para la búsqueda del bosón de Higgs o de partículas predichas en modelos de nueva física, por ejemplo.

“Debido a que el detector de luminosidad se ubica muy cerca de los haces en el colisionador, sufre mucho el daño por radiación y esto motiva la necesidad de cambiarlo y mejorarlo, cada cuatro años aproximadamente, y como la ciencia avanza a pasos agigantados, la intención es que su reemplazante lo supere en tecnología y eficiencia”, relató la científica del CONICET.

La actualización de este detector de luminosidad está siendo evaluada por los jefes e investigadores de ATLAS. De allí que el grupo de La Plata, coordinado por Teresa Dova, junto con sus pares de ATLAS en la Universidad de Bologna, han presentado un proyecto al Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva para que Argentina pueda colaborar con el desarrollo de la próxima versión de este instrumento.

ATLAS: una catedral para la Ciencia
La investigadora Teresa Dova describió que el detector ATLAS tiene el tamaño de un edificio de 5 pisos, con 45 metros de largo y 25 metros de alto, y un peso cercano a las 7000 toneladas.

Los científicos que trabajan en la European Organization for Nuclear Researche (CERN) suelen mencionar a ATLAS como una catedral, la cual cuenta con una serie de subdetectores en forma de cilindros concéntricos de tamaños crecientes que rodean el punto de interacción, donde colisionan los haces de protones.

Su estructura se divide en cuatro partes principales: el Detector Interno, los Calorímetros, el Espectrómetro de Muones y el sistema de imanes externos, que son también superconductores del tipo de los que se utilizan en el acelerador. Cada parte se subdivide a su vez en más capas, en tanto que los detectores son complementarios y permiten captar los diferentes tipos de partículas generadas en la colisión.

“Unos detectores miden el impulso que llevan las partículas; otros, la energía, por ejemplo; otros, la trayectoria que éstas realizaron”, relató Dova. Y agregó: “Uno de los más próximos a la línea de haz de los protones del LHC es el que mide la luminosidad que se produce, que es un parámetro extremadamente importante para los estudios de la física y la búsqueda del bosón de Higgs”.

Un nuevo detector de luminosidad se encuentra entre las mejoras que se planifican incorporar dentro de dos años, cuando el LHC estará desarrollando todo su potencial de diseño, al lograr que los protones alcancen una energía de colisión en el centro de masa de 14 TeV, que es el doble de lo que se logra hoy. En consideración de la posibilidad de contribuir en el diseño y construcción de esta actualización, la doctora Dova indicó que “sería importantísimo aportar con tecnología hecha en Argentina”.

Durante la reunión que mantuvieron hace semanas el ministro de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva Lino Barañao y el director del CERN, Rolf Heuer, se acordó incrementar la participación del país en la denominada Máquina de Dios. En dicho encuentro, también estuvo presente María Teresa Dova y el doctor Ricardo Piegaia, que dirige a los científicos de la UBA que también trabajan en el experimento ATLAS.

Queda definir si Argentina contribuirá o no al desarrollo de este detector de luminosidad. Por lo pronto, la investigadora Dova observó a la Agencia CTyS que “la visita del ministro Barañao al CERN representó un gran apoyo a la posibilidad de que se pueda contribuir al desarrollo de este detector en el país”.

“Sería muy valioso lograrlo, porque de este proyecto participan cerca de 2000 investigadores de todo el mundo y es como una gran vidriera y todo lo que está allí se ubica en la frontera de la tecnología”, agregó la investigadora.

La Plata en el canal de Oro
La doctora Teresa Dova explicó cómo se llega a interpretar la existencia del bosón de Higgs: “El llamado Modelo Estándar que describe las partículas elementales y sus interacciones está muy comprobado, pero aún no es claro cómo obtienen masa las partículas fundamentales”.

En este sentido, la especialista agregó que “este modelo construido sobre elegantes teorías, basadas en consideraciones de simetría, requiere, para preservar la consistencia matemática, del llamado mecanismo de Higgs, que propone la existencia de una partícula, que se denomina justamente el bosón de Higgs, y es la que buscamos en estos experimentos”.

El equipo de investigadores de La Plata, dirigido por Dova, trabaja en el denominado canal de oro para la búsqueda del Higgs. “Se lo llama así porque se estima que es el canal con mayor probabilidad de poder encontrar esta partícula elemental”, aclaró la también vocera local ante la colaboración internacional del experimento ATLAS.

El bosón de Higgs parece manifestarse con distintas partículas en estado final y se lo sigue buscando en varios canales, a través de diversos rangos de energías y detectores. “Hay grupos de investigación de todas partes del mundo trabajando en los canales para el descubrimiento del Higgs y nosotros tenemos un rol protagónico en el canal en el que se presume que, más probablemente, puede aparecer”, remarcó.

La especialista indicó que, en un par de años, cuando el acelerador de partículas alcance su potencia de diseño (14 TeV en el centro de masa de los protones), aumentarán las posibilidades de detección, “aunque, con los 7 TeV alcanzado actualmente, ya hemos re-descubierto la mayoría de las partículas elementales y hemos borrado toda una región enorme donde ya sabemos que el bosón de Higgs no estaría, lo que nos facilita la búsqueda a futuro”.

Selección de las mejores colisiones de hadrones
En el LHC se producen unas 1000 millones de colisiones  por segundo entre protones que avanzan en direcciones opuestas por el viaducto de 27 kilómetros, con una energía por haz de 3.5 TeV. En tanto, la función de los detectores es actuar como una cámara fotográfica y capturar cada uno de esos eventos.

Sin embargo, la tecnología de almacenamiento permite guardar solamente 200 eventos por segundo, que no es poco, pero implica el desafío de realizar una selección de las colisiones más significativas, en solo microsegundos.

Dentro del detector ATLAS, el grupo de La Plata tiene parte de sus responsabilidades en seleccionar eventos, particularmente con fotones y electrones. En estos datos que se seleccionan tan rigurosamente entre millones es que se podría descubrir la partícula de Higgs o las partículas supersimétricas, o algo totalmente inesperado.

El detector debe decidir qué imágenes guarda. “Son extremadamente complejos los algoritmos que se manejan para que el sistema sepa, en tan corto tiempo, cuáles son las colisiones que contienen la física que nos interesa según los objetivos de la investigación”, comentó Dova.

El experimento ATLAS conforma uno de los dos grandes detectores del acelerador, y en ATLAS hay dos grupos argentinos trabajando, uno de ellos a cargo de María Teresa Dova y el otro bajo la dirección del doctor Ricardo Piegaia.

En total, son una quincena de investigadores del CONICET. Parte del menú de especialistas que lleva a cabo el grupo de La Plata en ATLAS incluye el análisis para el descubrimiento del Higgs en su desintegración a dos fotones, que es llamado el “canal de oro”.

También se estudian y analizan procesos para el descubrimiento de gravitones que son predichos en modelos con dimensiones extras y que se producirían en el rango de energía de LHC.

Además, se realizan investigaciones tendientes a determinar la subestructura del protón que permitirá entender, en una región de energía jamás antes estudiada, la estructura más profunda de la materia.

También, con un grupo de estudiantes que se acaba de incorporar, comenzaron a indagar en la búsqueda de partículas supersimétricas.

En palabras de la doctora Dova “la supersimetría es una teoría muy elegante para responder a las preguntas que deja abiertas el modelo estándar. Y estas partículas que no han sido vistas hasta el presente podrían manifestarse también en la región de energía que estudiamos en el LHC”.

Hay toda una política sobre cómo se anuncian los descubrimientos que se realizan en la denominada Maquina de Dios. En principio, siempre los notifica el CERN, pero, antes, cualquier dato observado por los investigadores del ATLAS debe estar corroborado por los científicos que operan en el detector CMS.

Debe haber una validación recíproca. La vocera argentina frente a ATLAS afirmó que “si un evento es observado por un detector, el otro también debe registrarlo. ATLAS y CMS, ubicados en posiciones diametralmente opuestas, poseen distintos diseños, pero tienen un mismo objetivo”.

Mientras el acelerador está en funcionamiento, los científicos no pueden descender a detectores -siendo que todo el sistema está a unos 100 metros bajo tierra-, porque los campos magnéticos son enormes e incluso hay radiación.

El LHC debe ser detenido durante algunos días para, luego, poder descender. En esas etapas es que se hacen las reparaciones y, entre otras cosas, se pueden cambiar o calibrar los detectores, los cuales pueden llegar a pesar hasta 100 toneladas y estar alineados milimétricamente.