Posts Tagged ‘LHC’

Regalito de reyes

enero 5, 2010

Si, sí, ya sé que la fecha oficial del regalo de reyes es mañana. Pero este año el rey que esta de moda es “O rey Gol” -aká, Romario de Souza Farias- y conociéndole bien esta claro que mañana va a salir de fiesta (siempre que su menisco se lo permita) y que sus regalos iban a ser entregados un día antes, para no tenerle ocupado en un día de juerga.

La parte que le corresponde a los lectores de este blog viene en forma de dos links. Uno es un artículo publicado en el 2005 en la revista Española de físicas. Ese año debería haberse inaugurado el LHC, pero se ha retrasado así que el mejor momento para leer dicho artículo es ahora. Al fin y al cabo si todo va bien este va a ser el año del LHC. El artículo esta orientado a alumnos de secundaria y utiliza conocimientos y conceptos adecuados a ese público. Con todo es interesante para cualquiera pues tiene ese tipo de información “golosa” que siempre es interesante saber. Por ejemplo, el número de protones en cada haz, su energía etc.

Esa información viene traducida a fenómenos muy familiares. Uno – bastante popularizado- es que cada protón tendrá la misma energía cinética que un mosquito. Dado el número de protones en un pulso del haz eso se traduce que el choque de uno de esos pulsos, con el grosor de un fino cabello humano y una longitud de unos pocos centímetros, llevaría la energía cinética de una moto de 180 kgs a 130 Km/h.

Aparte se introducen conceptos como la luminosidad, la sección eficaz (posiblemente es el concepto introducido de forma mas divulgativa, demasiado en mi opinion), los fentombans, etc. Si quieres “hablar” el lenguaje de moda para este año ese es tu artículo.

Pero basta de hablar de él, leedlo vosotros mismos. El enlace es: http://rsef.uc3m.es/images/REF/vol20n1/12.pdf.

El otro artículo también esta relacionado con el LHC. Es bien sabido que el principal objetivo del LHC es fabricar un agujero negro que se trague la tierra encontrar el bosón de Higgs. A cualquiera que haya estudiado física de partículas le habrán preguntado alguna vez por esa dichosa “partícula de dios”. Y como quiera que para poder responder de una manera mínimamente adecuada a esa pregunta se necesitan explicar unos cuantos conceptos no exactamente triviales y tener a mano un sombrero mexicano (esto último no es absolutamente imprescindible, pero ayuda ;)) da una pereza tremenda. De hecho es un tema por el que preguntan no sólo aficionados a la divulgación sino gente con una cierta formación.

Pues bien, un alma caritativa -Alejandro Álvarez Silva- que posiblemente fue el mismo sometido a un tercer grado sobre ese particular optó por dejar un pdf de 15 páginas que empezando por conceptos de mecánica cuántica elementales, explicando luego teoría cuántica de campos, de grupos y el reto de aspectos necesarios hace una excelente exposición de los aspectos mas relevantes del bosón de Higgs. Podéis leer ese artículo en:

http://www.monografias.com/trabajos-pdf/boson-higgs-justificacion-fisica/boson-higgs-justificacion-fisica.pdf

Posiblemente en algún momento futuro toque algunos temas de ese artículo, de maneras ligeramente diferentes, cuando continúe las entradas en teoría cuántica de campos y en teoría de grupos. Pero los impacientes pueden encontrar en ese artículo gran parte de los conceptos mas relevantes.

No os quejareis de lo que se os regala en la primera entrada del año, o eso espero. Se intentará mantener el nivel.

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Primeras colisiones en el LHC

noviembre 24, 2009

Pese a los problemas con las aves comentados dos posts atrás todo ha ido bastante bien con el LHC y ayer, por primera vez, se hicueron colisionar las dos haces circulando en direcciones contrarias.

Una imagen de cómo el detector CMS registró el evento es esta:

La colisión fue a una energía relativamente baja (es decir, baja para lo que se espera de él, pero aún así la mitad de la máxima a la que ha funcionado el tevatron, 1, 96 TeV), 450 GeV cada haz. De hecho esa es la energía a la que fueron inyectados en el acelerador principal desde los aceleradores auxiliares, con lo cuál el LHC simplemente actuó de guía para esos haces sin añadirles una aceleración extra. Aparte los haces no fueron apenas focalizados con lo que las colisiones fueron relativamente dispersas. Esto es algo más o menos normal y sirve para realizar tareas de calibración tanto del acelerador como de los múltiples detectores. Progresivamente se irán incrementando las energías de colisión y se irán colimando mas los haces.

Si no hay contratiempos y las cosas siguen por el mismo camino parece que, definitivamente y con unos cuantos años de retraso sobre la fecha inicialmente prevista (2005) y uno sobre el primer intento de iniciar el servicio, al fin vamos a tener nuevos datos y la posibilidad de ver nueva física. Si la pareja de algún lector o lectora de esta entrada es un físico de partículas dedicado a la fenomenlogía ya puede irse haciendo a la idea de que a partir de ahora no va a verle mucho el pelo, que digamos. Mucho mejor que yo lo explican las chicas del grupo LHC, “les horribles Cernettes” :

Ahora que esta funcionando es interesante plantearse que podemos esperar de él. Los grandes objetivos son las partículas supersimétricas, el bosón de Highs y si acaso pistas sobre la existencia de dimensiones extra (la manifestación mas espectacular de su existencia sería la formación de miniagujeros negros (que “como todo el mundo sabe” se tragarían la tierra en un pis pas 😉 ) o alguna indicación sobre la naturaleza de la materia oscura (eso es, si esta no es la partícula supersimétrica mas ligera, pues en ese caso estaríamos en la primera opción mencionada. Y luego también están las posibilidades exóticas o directamente inesperadas.

Eso es a largo plazo, a uno mas corto las posibilidades que se barajan serían cosas como los bosones Z’. Estos bosones serían un análogo del bosón Z mediador de las corrientes electrodébiles neutras y podría considerarse como una especie de fotón masivo asociado a una simetría U(1) extra respecto a la del modelo standard, recordemos, SU(3)xSU(2)xU(1)-. No hay ningún motivo especial para esperar que tal cosa exista (al menos a esa escala de energía, en general en teoria de cuerdas los factores U(1) extra son algo común en las compactificaciones usuales de la cuerda heterótica en espacios de Calabi-Yau), pero tampoco puede descartarse su existencia. Para mas detalles sobre las posibilidades de detectar este tipo de partículas y sus características remito al lector a esta entrada (en inglés, eso sí) del mas que interesante blog de Jester, resonances.

Pájaros de mal aguero amenazan el LHC

noviembre 6, 2009

Un pájaro deja caer un trozo de mantequilla y causa un calentamiento de uno de los superconductores del LHC a una temperatura de casi 8 grados kelvin, unos 6 más de la temperatura usual de operación resultando en un retraso de 3 días en la operación de progresiva puesta en marcha. De haber estado plenamente operativo hubiera sido potencialmente peligroso y hubiese obligado a una suspensión de operacioines mas extensa:

http://motls.blogspot.com/2009/11/bird-baguette-bombs-and-overheats-lhc.html

http://www.theregister.co.uk/2009/11/05/lhc_bread_bomb_dump_incident/

El jefe del proyecto asegura que es completamente normal que una máquina tan grande y compleja sea propensa a este tipo de fallos:

Foto del máximo responsable técnico del CERN/LHC:

Hace aproximadamente un mes unos físicos presentaron un artículo dónde insistían en la idea presentada en otro artículo suyo de hace más de un año (anterior al fallo del anterior veranol del LHC)que afirmaba que un efecto de causalidad retrasada iba a boicotear el LHC para que no llegara a producir el bosón de Higgs, que tiene unas características físicas indeseables:

http://www.newscientist.com/blogs/shortsharpscience/2009/10/is-a-time-travelling-higgs-sab.html

Cita:

“the hypothesized Higgs boson… might be so abhorrent to nature that its creation would ripple backward through time and stop the collider before it could make one, like a time traveler who goes back in time to kill his grandfather.”

(El hipotético bosón de Higgs … podría ser tan abominable a la naturaleza que su creación crearía un rizo hacia atrás a través del tiempo y detendría la colisión antes de poder crar uno, como un viajero del tiempo que vuelve a tiempo para matar a su abuelo.)

Otra posible explicación a todos los fallos, retrasos e incidente varios del LHC podría ser lo que se comento hace unos cuantos años en una conferencia sobre el LHC a la que asistí. El ponente, que ocupaba un cargo de una cierta relevancia en el organigrama del CERN comentó que era muy probable que hubiera retrasos considerables sobre la fecha prevista para la inauguración (año 2005) debido a un relevo generacional en la plantilla del CERN. Los físicos e ingenieros que habían estado en el CERN desde su inicio, construyendo los diversos aceleradores que precedieron al LHC estaban alcanzando la edad de jubilación. Los nuevos empleados destinados a sustituirles carecían de experiencia en proyectos de este tipo, cosa comprensible pues apenas hay proyectos de este calado (el Tevatrón, situado en estados unidos es actualmente el único acelerador de características comparables). Entrenar a un técnico para ser eficiente realizando tareas tan complejas no es teoría sencilla, y requiere bastante tiempo, con lo cuál no es de extrañar que el proyecto sea proclive a tener mas errores de lo que a todos nos gustaría. El conferenciante no lo menciono pero tal vez sería interesante analizar hasta que punto el sistema de formación, basado en becas postdoctorales de corta duración, que no suelen estar asociadas a una posterior plaza laboral permanente o semipermanente son apropiadas para habilitar las condiciones adecuadas para que estos relevos generacionales se produzcan en las condiciones idóneas.

De cualquier manera, incluso sin tener en cuenta el relevo generacional conviene no menospreciar la dificultad intrínseca de los proyectos de esta magnitud. Para tener una comparación adecuada podría pensarse en las misiones espaciales no tripuladas. Quizás el caso mas llamativo sea el de las misiones a marte dónde el 75% de los proyectos de sondas automatizadas fracasaron. Incluso algo mas sencillo, como es el proyecto del transbordador espacial, tenía una tasa de error del 2%. Puede parecer poco hasta que uno piensa que eso significa que de cada 100 vuelos del transbordador dos van a terminar en una catástrofe que terminase con la vida de sus tripulantes. Esta claro que si los automóviles tuvieran unas estadísticas similares casi nadie se atrevería a usarlos.

El LHC, el cambio climático y los beneficios de la invetigación fundamental

octubre 12, 2009

Hay una leyenda urbana, no sé hasta que punto veraz, que afirma que si alguien quiere financiación para un proyecto científico debe intentar relacionarlo con el cambio climático. Algo así como que cuando uno presenta un proyecto titulado digamos “Los hábitos de cría de la morsa de lomo moteado” es muy posible que no obtenga dinero para el mismo. Sin embargo si presentas exactamente el mismo proyecto pero en cambio lo titulara “los efectos del cambio climático sobre los hábitos de cría de la morsa de lomo plateado” automáticamente tendría todos los fondos que pudiera necesitar. Y posiblemente nadie se molestaría en verificar si realmente existe o no una morsa de lomo plateado ;).

Siguiendo ese planteamiento creo que no está de mas “vender” la relación del LHC con el cambio climático. A lo mejor así los fanáticos del alarmismo climático se ponen a favor. En particular no es mala idea cuando esta relación resulta que existe realmente ;).

Antes de entrar en detalles voy a comentar algo sobre un factor que yo creo que influyó bastante históricamente sobre la aceptación del cambio climático como una posibilidad verosímil. Me estoy refiriendo a Venus.

Inicialmente se creía que Venus , dada su distancia al sol y su tamaño, tendría similares condiciones a la tierra. Cuando llegaron las primeras sondas y se vio lo que había la primera explicación que surgió fue la del efecto invernadero. Y como quiera que en la tierra había gases de efecto invernadero y se tenía el ejemplo de lo que le había pasado a Venus se “ataron cabos” y se pensó que la tierra estaba abocada a terminar así por culpa de la “malvada tecnología”.

Sin el ejemplo de Venus muy posiblemente se hubiera tomado mucho menos en serio el efecto invernadero y, si acaso, se habría discutido de manera mas racional.

Ahora bien, venus esta ahí para mostrar el peligro del efecto invernadero ¿o no?. Pues no, para nada. La causa de las extremas temperaturas de Venus no tienen nada que ver con el efecto invernadero. Las investigaciones mas recientes, que han podido analizar propiamente lo que pasa debajo de la capa de nubes, nos muestran la realidad. Venus ha sido víctima del efecto marea. Este efecto consiste en que las fuerzas de marea de un cuerpo central muy masivo, en este caso el sol, actúan sobre otro que rota en torno suyo extrayendo energía de la rotación. La consecuencia es un igualamiento de los periodos de orbitación y de rotación. Efectivamente, el dí y el año venusiano tienen la misma duración (lo mismo pasa con la tierra y la luna, o con otras lunas de otros planetas del sistema solar). Esto hace que venus presente siempre la misma cara al sol. Aparte debilita hasta casi 0 su campo magnético. Esto permitió que el viento solar eliminara buena parte del agua de la superficie de venus y formara las condiciones que derivaron en un efecto invernadero. La clave es que le efecto invernadero es una consecuencia de una circunstancia astronómica, las fuerzas de marea, y no una causa.

El caso de Venus sería un ejemplo, posiblemente extremo, de lo que esta viniendo a denominarse como “cosmolimatologia”. Siempre se ha sospechado que factores ajenos a la tierra, posiblemente el sol y su luminosidad podrían estar relacionados con los cambios climáticos. Cada vez hay mas evidencias de que esto es así, pero con matices bastante sorprendentes.

Antes de entrar en cosmoclimatología mencionaré su pariente mas sencilla, la cosmometeorologia (realmente es posible que me hay inventado el nombre, pero sería adecuado en cualquier caso). Posiblemente mucha gente haya oído que los rayos de las tormentas se forman cuando hay una diferencia potencial entre las nubes y el suelo (o entre dos nubes distintas) lo bastante alta para que salte una chispa que equilibre ese potencial. La idea es buena, pero falsa. Realmente las mediciones demostraron que la chispa-el rayo-salta para diferencias de potencial mucho menores a las necesarias para romper el aislamiento dieléctrico de la atmósfera. Una hipótesis, hasta dónde sé aún no del todo comprobada, pero con muy buena aceptación, es que la causa de los rayos eléctricos son los rayos cósmicos. Estos abren brechas en la atmósfera que son aprovechadas por los rayos eléctricos para saltar y equilibrar las diferencias de potencial.

El caso es que los rayos aparte de en meteorología juegan, a la larga, un papel relevante en el clima. así pues ya tenemos una primera relación entre cosmología y cambio climático. Pero no es la única ni mucho menos. Un artículo, recién aprobado para su publicación en revistas peer to peer discute el papel de los rayos cósmicos en la formación de nubes. Dado que las nubes juegan un papel clave en el enfriamiento o calentamiento global (mucho mayor que le de los gases de efecto invernadero) que ese efecto haya sido, como se asegura en el artículo, fehacientemente verificado deja muy en entredicho (si no lo estaba ya) el consenso sobre el C02 y el calentamiento global. El artículo, escrito por Henrik Svensmark, Torsten Bondo, and Jacob Svensmark es este: Cosmic ray decreases affect atmospheric aerosols and clouds.

Tal vez alguien se pregunte que tiene esto que ver con el LHC. Bien, de momento dejar claro que los rayos cósmicos son partículas de alta energía. Su estudio se inició en buena parte para ayudar a entender la física de partículas. Hay rayos cósmicos de muy altas energías, mayores que las que puede producir el LHC. Posiblemente cualquier cosa que pueda producir el LHC se puede crear en colisiones de los rayos cósmicos con las partículas de la atmósfera. Por desgracia es inviable estudiar sistemáticamente esas colisiones y ello hace que sea necesario construir aceleradores. Lo que observemos en los aceleradores, a su vez, nos permite entender mejor los rayos cósmicos y que tipo de cosas puede haber en el universo.

En particular la física que veamos en el LHC nos permitirá entender mejor la cosmología. Visto el papel que aspectos cosmológicos pueden llegar a tener sobre el clima resulta que indirectamente al estudiar la física de partículas podemos llegar a entender mejor, y por tanto predecir mejor, el clima y que cosas lo modifican. Por ejemplo, la cantidad de rayos cósmicos que nos llegan esta parcialmente modulada por la actividad solar, en particular el viento solar A mas actividad solar menos rayos cósmicos, y por tanto menos nubes. Es más, hay otros estudios que apuntan a que el viento solar calienta, al comprimirla, la parte mas exterior de la atmósfera. Los efectos de ese calentamiento, con un retraso de unos cuantos años, es transmitido a las capas inferiores. Lo curioso es que el viento solar aumenta cuando hay muchas manchas solares y por tanto menos emisión lumínica. Realmente las cosas no son tan sencillas como pudiera esperarse.

En cualquier caso esta claro que interesa saber que podría afectar al sol. Aquí voy a hacer unas consideraciones de cosecha propia, muy preliminares, y que tampoco tengo un terrible interés en desarrollar, al menos a priori ya que no son este el tipo de cuestiones que mas me interesan. Con todo creo que pueden ser ilustrativas de lo que podría ser relevante. Or observaciones astrofísicas y cosmológicas tenemos indicios bastnate claros de que la mayor parte de la masa del universo esta en forma de materia no visible, materia oscura. Hay muchos, muchos, candidatos para la misma. Y hay varias opciones sobre su posible distribución, tanto en la galaxia, como a nivel local en el sistema solar y en la tierra. Algunos candidatos a materia oscura , por ejemplo la materia oscura tipo WIMP (weakly interacting massive particles) pueden llegar a colisionar entre si dando como resultado su aniquilación en fotones muy energéticos. Si en algún momento el sol llegara a pasar por zonas muy densas en materia osucra de ese tipo, y esta pudiera quedar atrapada de manera preferente en su centro, tal vez esas aniquilaciones modificaran de manera minimamente significativa las relacione constitutivas de presión vs atracción gravitatoria y alteraran ligeramente el funcionamiento del sol lo cuál repercutiría en cambios climáticos. Si esto fuera así el conocer detalles sobre la constitución de la materia oscura, que es algo que podría desvelar el LHC, permitiría hacernos una mejor idea de su distribución (y ver como lo satélites podrían establecerla. En ese caso como mas o menos sabemos la trayectoria del sol en la galaxia nos podríamos hacer una idea de que clima esperar (y además, podríamos cotejar eso con el registro histórico almacenado en el hielo).

Hay mas formas en que la física de partículas podría estar relacionada con el clima. Una posibilidad podrían ser los monopolos magnéticos. Estos están predichos por las teorías de campos de gran unificación -GUT’s- tipo SU(5). Estos monopolos no se han observado y esa no observación, dado que se espera que las GUT sean ciertas requiere explicación. Una posible explicación la dan los modelos cosmológicos de inflacción. El caso es que recientemente leí que de existir los monopolos su interacción con las estrellas, y planetas, podría ser desastrosa pues podrían provocar que se destruyeran los campos magnéticos que los rodean (la existencia de monopolos implicaría que las lineas magnéticas no necesitasen ser cerradas). Unos pocos monopolos bastarían para destruir el campo magnético del sol, o de la tierra, y eso sería un problema gravísimo. Lo curioso es que sabemos que no se han observado monopolos, y tenemos un modelo cosmológico que explica su ausencia. Es poco probable, pero tal vez pudiera ser el caso que los monopolos realmente existieran, con una densidad superior a uno por horizonte cosmológico (que es lo que predice la inflacción). Podría ser que en realidad hubiera algún mecanismo astrofísico, por ahora desconocido, que impidiera su presencia en las zonas interiores de el sistema solar. Si el LHC, de manera mas bien sorprendente, llegara a crear algún monopolo entonces tendríamos que revisar ese tipo de posibilidades.

Para cerrar esta parte de cosmoclimatologia voy a referirme a una teoria reciente sobre algo muy remoto. Me refiero a la extinción cámbrica. Esta fué la mayor extinción de seres vivos de la que se tiene noticia. Su porcentaje de extincion de especies vivas fué bastante superior a la mas famosa de finales del cretácico que llevo a la desaparición de los dinosaurios. La hipótesis mas reciente es que dicha extinción pudo deberse a un GRB (gamma ray burst-estallido de rayos gamma-) relativamente proximo. El “relativamente” depende de la naturaleza exacta del GRB en cuestión. Un GRB muy potente, relacionado con los centros de las galaxias activas podría afectar a la tierra incluso desde la distancia que nos separa de esas galaxias. Otros GRB menos potentes podrían afectarnos desde fuentes dentro de la propia galaxia. Como no se conocen todos los detalles sobre la naturaleza de esos GRB’s mas pequeños sería interesante averiguarlo. Y tal vez el LHC pueda decir algo al respecto. Ciertamente las probabilidades de que un GRB vuelva a afectar a la tierra son escasas. Y es muy difícil proveerles en cualquier caso. Eso sí, hay indicios de que otros fenómenos astrofisicos (asteroides, metoeritos, supernovas) puedan haber jugado un papel en otras extinciones mayores y menores. LA investigación en astrofísica puede ayudar a predecir mejor si hay épocas en que dichos acontecimientos son mas probables.

Para cerrar este post voy a dejar el clima y voy a mencionar una aplicación muy reciente de la física e partículas a la tecnología. Podéis leer sobre ello aquí. El asunto es la comunicación con submarinos sumergidos a gran profundiadad. Dada la atenuación de las ondas electromagnéticas en el agua es un asunto muy complicado. Los neutrinos, al no interactuar mas que mediante fuerza nuclear débil-que es de muy corto alcance-pueden atravesar la materia, y por supuesto el agua, sin problema. Pero pueden llegar a construirse no obstante detectores lo bastante eficaces como para ser capaces de transmitir información a un submarino mayor ritmo de lo que permite la radiación electromagnética. Y a cualquier profundidad. Y, por supuesto, emisores de neutrinos que codifiquen información. Eso sí, los emisores serían aceleradores de medio tamaño y no podrían ir en el submarino, con lo cual la comunicación seria unidireccional. Puede parecer un asunto interesante, pero no de una trascendencia fundamental. Dio la casualidad de que esta semana, tras haber leído la noticia, ví que daban en una TV la película “la caza del octubre rojo”. No la seguí entera, pero mas o menos la línea argumental es que el submarino tenia orden de lanzar un ataque nuclear contra Rusia. Para ello se sumergió y quedó incomunicado. Uno de los jefes del submarino que´ria ascender para obtener una confirmación. El otro estaba en contra. De haber tenido un sistema de comunicación basado en neutrinos hubieran podido obtener la ratificación (en ese caso derogación) y ya no hubiera habido peligro de que se lanzara un ataque nuclear por equivocación. Visto eso mejor que se desarrolle esa tecnologia de comunicación por neutrinos. Y además, sería muy útil para la investigación fundamental.

La idea general de este post es dar ejemplos muy recientes, y muy concretos, de las relaciones, muchas veces inesperadas, entre la investigación fundamental y las aplicaciones prácticas. Si sólo se financiara lo que parece práctico a corto o medio plazo se perderían muchos descubrimientos. Posiblemente los mas importantes. Y por supuesto a largo plazo sólo con investigación “práctica” se acabaría el progreso. Dados los recientes recortes de la administración española a la investigación, y el desconocimiento general sobre la relevacnia de la ciencia mas abstracta en las cosas “prácticas del día a dia” creo que este post puede resultar interesante.