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Large Hadron Collider – Parte 1

Ya hablamos hace tiempo sobre el LHC (Large Hadron Collider) pero ahora que se muchas más cosas vamos a explicar con más detalle en que consiste.

El LHC lleva ya casi diez años en construcción y se terminará en el 2007. Será el mejor y mayor acelerador de partículas jamás creado. Tendrá un diámetro de 27 km donde se acelerarán protones y se harán chocar a energías de hasta 14 TeV (Tera electron-voltios). Los físicos creen que haciendo chocar protones a estas energías nunca alcanzadas podremos detectar nuevas partículas jamas vistas, la más buscada el Higgs. Según la teoría el Higgs debe existir y sería la partícula responsable de dar masa a todas las demás partículas del universo.

Veamos un esquema de todos los aceleradores del CERN:


Aceleradores del CERN. El circulo más grande es el LHC que tiene 27km de diámetro.

En el esquema vemos muchas siglas y nombres. Lo más importante es que vayáis conociendo los nombres los diversos detectores. Los más importantes son el CMS, el ATLAS, el ALICE y el LHC-b, cada uno se encargará de detectar ciertas cosas y utilizarán el mismo tunel del LHC. También podeís ver en la zona azul el AD (Antiproton Decelerator) donde se crea antimateria, del cual hablamos ayer.

Aparte de los problemas de ingeniería para construir el acelerador y los detectores otro gran problema son los sistemas electrónicos e informáticos. Hay que tener en cuenta que una vez en marcha el LHC generará del orden de varios Petabits por segundo, hoy en día no existe ningún sistema electrónico ni informático que pueda tratar con tal cantidad de información. Por ello se están creando nuevos sistemas electrónicos con tecnologías totalmente nuevas para poder tratar tanta información y después pasarsela al Grid para que la procese e intente encontrar el Higgs.

Finalmente comentar que solo en el CERN trabajan 4000 personas todo el año y 6500 estudiantes y becarios para construir y hacer funcionar el LHC. Además hay que tener en cuenta las decenas de universidades del mundo que colaboran y las empresas privadas que participan. Otro dato final es que para hacer funcionar el LHC se utilizará toda la energía de una Central Nuclear. Un proyecto realmente apasionante, en el que está participando todo el mundo, a partir del cual se está creando mucha tecnología base que cambiará poco a poco el mundo sin que lo notemos.

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Camisetas del CERN

Desde hace muchos años los estudiantes de verano del CERN diseñan una camiseta y luego se vota para ver cual sale la ganadora. Los diseños de este año los podéis ver en esta web. De nuestro grupo hemos presentado el diseño de Virginia creado en el laboratorio de antihidrógeno hace dos noches.

En la parte delantera aparece el logotipo del CERN y una partícula Higgs (La partícula que intentará encontrar el acelerador LHC una vez se ponga en marcha en el 2007, recordamos que es la partícula que según el Modelo Estándar da masa a todas las demás partículas).

Y en la parte trasera vemos una imagen de la colisión partículas en un detector donde se crean muchos Higgs después de la colisión.

Esperemos que gane este diseño.

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Modelo Estándar – Números Cuánticos – Parte 3

En la lección anterior aprendimos el primer número cuántico: la carga eléctrica. Pero existen otros números cuánticos cuya propiedad principal es que se conservan en cualquier reacción. Otra cosa importante de los números cuánticos es que son discretos, es decir, no se corresponden con números reales.

El número bariónico es el siguiente número cuántico que vamos a estudiar. Tanto el Protón como el Neutrón tienen +1 como número bariónico. Mientras que el electrón, el positrón y el neutrino tienen 0. Por lo tanto, un neutrón (+1) no se puede transformar en un electrón (0) y un positrón (0) porque no se conservaría el número bariónico. Pero, por ejemplo, un neutrón(+1) podría transformarse en un protón(+1), un electrón(0) y un antineutrino(0); porque se conserva el número bariónico.

Por ejemplo en el acelerador LHC que se está construyendo actualmente en el CERN. Que será la máquina más grande jamás creada por el hombre (27 km de diámetro) acelerará Protones a altas energías y los hará chocar.


Esquema del LHC. Como véis el tunel está bajo tierra a 100 metros y hay varios detectores colocados alrededor de los 27 km del anillo.

Si hacemos colisionar 2 protones podría pasar lo siguiente:

proton (+1) + proton (+1) -> proton (+1) + proton (+1) + neutron (+1) + antineutron (-1)

Vemos que la suma inicial del número bariónico es 2 y la final también. Podéis también comprobar que se conserva la carga eléctrica.

El Color es otro número cuántico muy importante que debemos aplicar a los Quarks. Hay tres números cúanticos relacionados con el color, el rojo, el azul y el verde. No existen Quarks neutros, todos tienen un color. Además, al igual que tenemos cargas negativas también tenemos colores negativos: antirojo, antiazul y antiverde, estas cargas solo existen en los antiquarks. Vamos a terminar explicando lo que es una antipartícula:

Una antipartícula se corresponde con una partícula pero cambian sus números cuánticos. Por ejemplo, un protón tiene carga +1, por lo que un antiprotón tiene carga -1. Las antipartículas no se suelen encontrar en la naturaleza. Pero aquí en el CERN, en el laboratorio de antimateria donde trabaja Verena se producen cada día unos 200 átomos de antihidrógeno que están compuestos por un núcleo que tiene un antiprotón.

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El único laboratorio de antimateria del mundo.

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Currando en el CERN – Parte 2

Otro día interesante de curro fue el viernes que tuve reunión por videoconferencia con otros colaboradores del proyecto Grace. Yo pensaba que la reunión iba a ser presencial, pero cuando llegué, y vi una pantalla enorme donde iban apareciendo gente de todo el mundo me di cuenta de que a la peña no le sobra la pasta para viajar.

En la videoconferencia estuvimos hablando gente diversa que colabora en el proyecto. Participa gente de Estados Unidos (Stanford, Harvard, NASA), de Inglaterra (Sheffield), de Finlandia (Helsinki) y de Italia. La verdad es que no dije mucho porque me daba un poco vergüenza meter la pata.

Se estuvo hablando sobre plazos de entrega, distribución de trabajo, transferencia de información y otros temas de gestión. Al final se retiraron los jefazos y nos quedamos los pringuis hablando de los bugs que habíamos encontrado cada uno (Tenemos un bugzilla para el seguimiento de bugs, pero aun así comentar las jugadas por videoconferencia tiene su interés ), interfazes entre los diversos sistemas, discutiendo sobre el diseño del sistema etc.

El resto del día lo dediqué a reparar algunos bugs que habíamos comentado durante la reunión.

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Currando en el CERN – Parte 1

Albin lleva tiempo pidiendo una dosis de realismo. Así que vamos a contar ciertos algunos detalles del día a día en el curro. Aunque os puedo asegurar que todo lo que os he ido contando es REAL 😉

La primera novedad es que me he cambiado de despacho. Ahora estoy en el R-001 del edificio 600 del CERN. Ya tengo teléfono propio, dos ordenadores y mi nombre está en la puerta 🙂

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La puerta de mi despacho en el CERN

Como véis en la foto estoy dentro del proyecto Grace. El objetivo de este proyecto es crear un buscador que funcione utilizando la tecnología GRID.

Yo me encargo de realizar programas para extraer información de diversos buscadores y pasarla al GRID, por lo que tengo que ir estudiando los diversos buscadores uno a uno y ver los estándares que cumplen para poder obtener la información de la forma más sencilla posible. Por ejemplo, el otro día tuve que leerme toda la especificación de OAI, un protocolo para obtener información clasificada en grandes cantidades.

Es un poco rollo tener que mirarse a fondo el funcionamiento de estos protocolos. Estuve 3 horas intentando encontrar la forma de hacer cierta operación con OAI. Imposible, hasta que me dí cuenta de que entre los autores del protocolo OAI había uno del CERN. Así que busqué en el sistema informático del CERN donde estaba su despacho. Resulta que trabaja en el edificio de enfrente a solo 2 minutos.

Después de cruzar una sala con 200 ordenadores y escuchar el sonido ensordecedor del sistema de ventilación del Computer Centre llegué a su despacho. Me recibió amablemente y me explicó en un momento lo que yo había intentado solucionar en 3 horas.

Luego volví a programar en un momento lo que me había explicado en persona uno de los creadores del protocolo OAI. La verdad, es que los recursos tanto humanos como materiales que puedes encontrar aquí son impresionantes. Estoy seguro de que en un solo edificio del CERN hay más tecnología y recursos que en 10 universidades españolas.

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Modelo estándar – Parte 2

Vamos a describir en esta ocasión una serie de leyes muy importantes que rigen el comportamiento de toda la materia.

Conservación de la Energía

En toda reacción la energía inicial debe ser exactamente igual a la energía final. Una partícula con una cierta masa (m) tiene una cantidad de energía dada por la famosa ecuación de Einstein: E=mc^2 (Donde E es la Energía, m la masa y c la velocidad de la luz). Aquí vemos como en cierta manera la Energía y la Masa «son lo mismo».

Por ejemplo, si tenemos una partícula con una masa de 100 MeV (Mega electron-voltios – unidad de medida de masa-energía de las partículas subatómicas) no podrá nunca transformarse en dos partículas que sumen más de 100 MeV.

Vamos a comenzar a aplicarlo de forma práctica con un ejemplo de reacción radioactiva bastante común en el universo conocida como Beta Decay:

Neutron (939.57 MeV) -> Proton (938.27 MeV) + Electron (0.511MeV) + Antineutrino ( Masa casi inapreciable)

(No os preocupeis por ahora con el Antineutrino, ya lo explicaremos)

Si sumamos las masas de la derecha obtenemos 938.78 MeV que es un poco menos de lo que teníamos al principio con un Neutrón. Vemos que se ha perdido algo de masa debido a que se ha transformado en energía cinética (Energía del movimiento) del protón, el electrón y el antineutrino al final de la reacción.

Pregunta para los seguidores del cursillo de física. ¿Por qué el Neutrón tiene más masa que el Protón?

Conservación de la Carga

Además de la Energía/Masa también se conserva la carga eléctrica final de la reacción. Un concepto muy importante que debemos saber es que las cargas de las partículas siempre son discretas, o como dicen los físicos, las cargas están cuantizadas. Veamos algunos valores típicos:

  • Electrón (e) : -1
  • Protón (p) : +1
  • Neutron (n) : 0
  • Neutrino / Antineutrino (v) : 0
  • Quarks (q) : múltiplos de 1/3

Volvamos al ejemplo anterior para comprobar si se conserva la carga:

Neutron ( 0 ) -> Proton (+1) + Electron ( -1) + Antineutrino ( 0 )

Como véis la carga inicial es igual a la carga final. Los físicos consideran a la carga eléctrica como un número cuántico.