Collita

De hierros y cables al bosón de Higgs: así se produjo el descubrimiento


Un investigador español del CMS, uno de los detectores que dieron con la escurridiza partícula, narra en primera persona cómo lograron resolver uno de los grandes misterios de la Física

Jónatan Piedra / investigador en el experimento CMS
Día 12/07/2012 - 11.02h
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El 4 de julio de 2012 los experimentosATLAS y CMS compartieron con la comunidad internacional su más reciente hallazgo: una nueva partícula, cuya masa es unas 125 veces la masa del protón, y que probablemente sea el bosón de Higgs.
Lo que mucha gente no sabrá es lo difícil y largo que ha sido el camino andado, desde la concepción del mecanismo de Higgs, hasta su probable descubrimiento. No hablaremos aquí de lo delicado que es acelerarlos protones hasta velocidades cercanas a la de la luz, juntar diez mil millones de estos protones y hacerlos colisionar en varios puntos del acelerador-colisionador LHC. Aquí hablaremos de la cadena seguida en el experimento CMS, desde que recibe una de esas colisiones hasta que los científicos dispersados por todo el planeta las analizan y buscan la aguja del bosón de Higgs en la montaña deagujas del Modelo Estándar de la Física de Partículas.
El LHC llega a producir hasta seiscientos millones de colisiones por segundo. Lo ideal para CMS sería fotografiar (almacenar) todas y cada una de ellas, pero eso es, con la potencia de cálculo que tienen hoy en día los ordenadores, imposible. Así, no nos queda otra que hacer una selección "al vuelo". Es decir, según nos llegan los seiscientosmillones de colisiones por segundo, tenemos que decidir si esta o aquella colisión la guardamos. ¿Y el resto? Las perdemos para siempre. El número que podemos guardar es de trescientas por segundo... ¿Quiénes serán las elegidas? En una colisión de dos protones puede haber una gran variedad de productos: chorros de muchas partículas, muones, electrones, grandes cantidades de energía perdida porque seprodujeron neutrinos, etc. Si existe un mínimo número de estos productos, la colisión se guarda. Pero a cada respuesta que aquí damos surge una nueva pregunta... ¿cómo se sabe si una colisión ha tenido, por ejemplo, muones?
El detector CMS es una gigantesca cámara fotográfica tridimensional (21 metros de largo por 16 de ancho, pesando 12.500 toneladas), con la nada despreciable cifra de 76millones de pixels. Cuando una colisión ocurre dentro de esta cámara fotográfica, y en cuestión de microsegundos, los productos de la colisión ya han atravesado el detector, o se han desintegrado, no dejando nada más que su rastro. Visto y no visto. Como si sólo viéramos el rastro de un caza de combate que acaba de pasar por encima.
Las partículas pueden dejar dos tipos de rastros: puntos o "hits" enlos llamados detectores de trazas, y depósitos de energía en los llamados detectores de calorimetría. Pero para completar la información necesitamos, además de los diferentes detectores, un potente campo magnético. ¿Para qué? Con la incorporación de un campo magnético las partículas cargadas se curvarán, tanto más cuanto más lentas sean. Gracias a que se curvan podemos medir su momento, y gracias aque se curvan en diferentes sentidos, podemos medir su carga eléctrica. El campo magnético de CMS es el más potente que se ha construido hasta el momento, con una intensidad de 3.8 Tesla. En comparación, el campo magnético de la Tierra es menor que 0.0001 Tesla.

Siete lugares en el mundo

Las partículas neutras son inmunes al campo magnético, pero para ellas tenemos preparados los detectoresde calorimetría. La idea es sencilla: parar completamente las partículas neutras que los atraviesan, eso sí, midiendo con precisión la energía que se ha gastado en pararlas. Con la información de los puntos y de los calorímetros se reconstruyen, en tiempos de microsegundos, los componentes de la colisión, y se decide si se acepta o se rechaza. El paso siguiente es transferir, a una velocidad de...