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15/8/08 - DJ:

Investigadores latinos en el LHC

Tiempo estimado de lectura: 8 min. 3 seg.

La colaboración ATLAS está en contínua expansión y recientemente su mensaje alcanzó a Sudamérica con la formalización de la presencia de equipos latinoamericanos de investigación en el experimento. Se espera que el primer rayo de partículas circule el 10 de septiembre. ¿Es seguro?
Atlas - LHC

El ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS, Aparato Toroidal del LHC) es uno de los cinco detectores de partículas (junto al ALICE, CMS, TOTEM y LHCb) en construcción en el Gran Colisionador de Hadrones, el nuevo acelerador de partículas del CERN en Suiza.
Del ATLAS se espera que investigue los nuevos tipos de partículas que puedan ser detectados en las colisiones de alta energía del LHC, en particular el esquivo bosón de Higgs.

"Estos grupos Sudamericanos han estado trabajando en ATLAS por muchos años, por lo que este es el oficial y bien merecido reconocimiento de su duro trabajo", dijo Jorge Mikenberg, argentino residente en Ginebra, jefe del proyecto del espectómetro de Muones Atlas, que hizo muchos esfuerzos personales para forjar la colaboración con su tierra natal.
Jorge Mikenberg nació en Buenos Aires en 1947. A los 16 años partió hacia Israel y cambió su nombre por Giora. Comenzó a estudiar física entusiasmado por el Prof. Yehuda Shadmi y finalmente recaló en el Instituto de Ciencias Weizmann. En el CERN lo conocen como George.

Detector Atlas - LHC
Esto no es nuevo. Hace muchos años que los científicos latinoamericanos colaboran con CERN. Estos acuerdos sobre el Gran Colisionador de Hadrones datan de 2006. El 18 de abril de aquel año, la Cámara de Diputados de Argentina en su Orden del día 160 expresaba: "La Comisión de Ciencia y Tecnología ha considerado el proyecto de declaración del señor diputado Canteros por el que se expresa beneplácito por la participación de científicos argentinos en el experimento Atlas del Centro Europeo de Investigación Nuclear; y, por las razones expuestas en el informe que se acompaña y las que dará el miembro informante, aconseja su aprobación como proyecto de resolución."

Estos acuerdos se firmaron a principio de año con el vocero de ATLAS, Peter Jenni, formalizando la colaboración de estos países.

En Latinoamérica, la física de partículas tiene el obstáculo del alto costo de construcción de instalaciones experimentales. Sin embargo, desde que los investigadores en esos países comenzaron su trabajo en ATLAS allá por 2002, mostraron cómo mucho y creativo trabajo puede superar a la escasez presupuestaria. "Los investigadores Latinoamericanos han realizado importantes contribuciones a la ciencia, a pesar de estar lejos y trabajando con bajos presupuestos", dijo Mikenberg.

La colaboración de grupos de Latinoamérica con ATLAS ha sido impulsada por la Unión Europea a través de HELEN, la red europea de físicos de altas energías latinoamericanos que se lanzó en 2002.

Por ahora, las universidades sudamericanas que colaboran con ATLAS son la Universidad Católica y la Universidad Técnica Federico Santa María, en Chile; la Universidad de Buenos Aires y la Universidad de La Plata, en Argentina; y la Universidad Antonio Nariño en Colombia.


Física argentina y el Gran Colisionador de Hadrones
Maria Teresa Dova, que es doctora en Ciencias Físicas de la UNLP e investigadora del Conicet dedicada a analizar rayos cósmicos de ultra-alta energía y datos del Observatorio Pierre Auger. Formó parte del equipo internacional que estudió los rayos cósmicos de mayor energía con violentos agujeros negros.
Dova promovió un acuerdo para que físicos, ingenieros, matemáticos y especialistas en computación argentinos colaboren con la iniciativa del Large Hadron Collider (LHC), el más grande y poderoso acelerador de partículas del mundo, un túnel circular de 27 kilómetros sepultado a cien metros de profundidad cerca de la frontera entre Suiza y Francia.
"Esto mueve la frontera del conocimiento. Y no es una forma de decir. Es así, literalmente. Entramos en una región de energía nunca antes estudiada del modo en que vamos a hacerlo", dice desde Suiza María Teresa Dova a La Nación, investigadora de la Universidad de La Plata (UNLP) y responsable de la participación argentina en el proyecto del Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERN, según sus siglas en inglés).

Cálculos de precisión para interacciones
Entre el 7 y el 10 de octubre de 2008 se llevará a cabo HP².2, en Buenos Aires. Se trata de la segunda edición del taller "High Precision for Hard Processes at the LHC" sobre la precisión en los cálculos en las interacciones de partículas (Sección eficaz)
Más info en:
http://www.df.uba.ar/users/deflo/hp2.html


¿Y es seguro todo esto?
Ante la cercanía de la fecha de inicio de operaciones del LHC, los interrogantes sobre la seguridad de su funcionamiento están a la orden del día. Como ya contáramos en LHC: La Tierra no peligra, los experimentos que se llevarán a cabo involucran altos niveles de energía, lo que abrió la posibilidad (puramente teórica) de que se generen mini agujeros negros. Si estos se llegaran a producir, decaerían muy rápidamente y la energía disponible sería la misma que en otros procesos de colisión en el LHC. Pensar que estas energías podrían poner en peligro la Tierra no tiene sentido ya que son mucho menores que las energías que se producen desde hace 4.500 millones de años en los rayos cósmicos que llegan permanentemente a nuestro planeta. El LHC sólo nos permitirá ver estos procesos en el laboratorio, aunque a energía mucho menores que muchos rayos cósmicos.

El 10 de septiembre se espera que el primer rayo sea acelerado a una energía de 450 GeV. Se supone que se tardará algunos años más (se dice que para 2010) en alcanzar las especificaciones óptimas.

¿Porqué está debajo de la tierra?
El LHC se construyó en un tunel originalmente construído para un colisionador previo (LEP – the Large Electron Positron collider). Esta fue la solución más económica ya que era más barato construir un tunel bajo suelo que adquirir la tierra equivalente. Además reduce el impacto ambiental.
Las rocas que rodean al LHC son un escudo natural que reduce la cantidad de radiación que alcanza el LHC y se reduce la interferencia con los detectores. La radiación que se produzca cuando el LHC esté en funcionamiento está asegurada por entre 50 y 100 metros de rocas. Se denomina radiación sincrotrón a la radiación electromagnética característica producida por partículas cargadas que se mueven a alta velocidad en un campo magnético.

¿Qué radiación se produce y porqué?
La radiación es el transporte de energía a través de partículas u ondas, como los rayos-X. Ocurre, por ejemplo, cuando un átomo inestable se "rompe" para formar uno estable y libera algo de su energía. Las rocas, el Sol y el espacio emiten naturalmente radiación ionizante que podemos detectar en la Tierra. Radiación ionizante artifical se produce en tratamientos médicos e industrias mineras y de energía nuclear. En pequeñas dosis es segura, pero en muy grandes dosis puede ser peligrosa ya que puede quitar los electrones de los átomos, ionizándolos. La dosis se suele medir en Sieverts (Sv), que es una medida del efecto de la radiación en el cuerpo.
Los experimentos del CERN involucran la colisión de rayos de partículas entre sí o a un objetivo en reposo. Cuando esto ocurre, algunas partículas liberan radiación o nuevas partículas son creadas. Esto es muy distinto de la radiación de una planta de energía nuclear donde sin la intervención humana los niveles de radiación podrían incrementarse exponencialmente. En el CERN esto ocurre cuando el rayo de partículas está activo y apagándolo detiene la emisión inmediatamente. Las colisiones también son raros eventos: en el LHC sólo 2 nanogramos (una millonésima de miligramo) de protones por día serán acelerados y sólo una pequeña porción de éstos colisionarán. Los rayos de protones pueden circular por horas en el colisionador sin que se pierdan totalmente. De hecho, tardaría millones de años colisionar 1 gramo de protones. La radiación, a veces, activa algunas piezas de componentes alrededor de los puntos de colisión, convirtiéndolos en radioactivos. La pequeña cantidad de material es bien confinada y cuando el acelerador se desmantele será manejado con las regulaciones apropiadas.

¿Cuánta radiación ionizante se produce en el CERN?
Alguien que resida en el área local recibe cerca de 0.01 mSv de dosis efectiva de radiación por año. Esto es menos de 1% de la dosis total anual de 3.7 mSv que los individuos reciben en promedio, ya sea naturalmente o a través de elementos radioactivos en suelo, rocas o rayos cósmicos y artificialmente a través de procedimientos médicos, por ejemplo, como se muestra en el gráfico adjunto.
Para ponerlo en contexto, si se vive un año cerca de CERN se recibiría una radiación equivalente a la que se experimenta por exposición a rayos cósmicos en un vuelo de Ginebra a Atenas.




¿Y los que no vivimos cerca de CERN, estamos expuestos?
La mayoría de la radiación producida en colisiones será absorbida por varios componentes y no puede escapar de las instalaciones, por lo que el público no está en peligro. Se dispersa siguiendo las regulaciones apropiadas de radioprotección. El aire usado en la ventilación y el agua usada en el enfriamiento pueden contener pequeñas cantidades de elementos radioactivos, para lo cual existen medidas para prevenir que alcancen el medioambiente. Así y todo, cabe decir que la mayoría de estos elementos tienen una vida promedio de apenas minutos u horas, lo que significa que son radiactivas sólo poco tiempo. Este pequeña cantidad de emisiones está en la forma de radiación gamma y beta. Combinado con su corta vida y sus propiedades físicas y químicas, estos radionucleidos poseen un bajo peligro de radiación.

Las emisiones se controlan y permanecen bajo los límites regulatorios, para lo cual existen 200 estaciones de monitoreo y una comisión de seguridad que toma muestras y realizan análisis.
Varias organizaciones realizaron un estudio para determinar el estado del medioambiente alrededor de CERN antes de la construcción del LHC. Basados en los resultados obtenidos durante dos años, el reporte concluye que el impacto en el ambiente local durante los 53 años de actividad de CERN es negligible. Además, el estudio provee un punto de referencia para futuros monitoreos por las autoridades de control.

¿Se usará el trabajo en el CERN para crear armás más letales?
No es nada probable por dos razones. En principio porque los científicos e ingenieros no tienen ese interés. Están tratando de entender mejor cómo funciona el mundo, no cómo destruirlo.
En segundo lugar, los rayos de partículas de alta energía requieren una enorme máquina (27 km de circunferencia que pesa más de 38.000 toneladas) que consume 120 MW de poder y necesita de 91 toneladas de helio líquido superfrío. Los rayos tienen un montón de energía (el equivalente a un tren tipo Eurostar viajando a máxima velocidad) pero sólo pueden ser mantenidos en el vacío, si se liberara a la atmósfera interactuarían inmediatamente con los átomos en el aire y disiparían su energía en una distancia muy corta.

¿Son las energías a producirse en el LHC peligrosas y qué pasa si algo saliera mal?
El LHC produce energías muy altas, pero estos niveles están restringidos a volúmenes muy pequeños dentro de los detectores. Muchas partículas de alta energía de las colisiones entre protones se producirán a cada segundo, pero los detectores están diseñados para rastrear y detener todas las partículas (excepto los neutrinos) ya que capturar toda la energía de las colisiones es esencial en identificar qué partículas se hayan producido. Y sí, una muy pequeña cantidad de energía de estas colisiones puede ser capaz de escapar de los detectores.
El peligro mayor de estos niveles de energía es hacia la máquina misma. El rayo de partículas podría desestabilizarse y desviar a las paredes de la tubería y los imanes toda la energía y producir un grave daño a las instalaciones. Por ello existen varios sistemas automáticos de seguridad que monitorean las partes críticas. Algo podría fallar, por ejemplo que fallen los imanes, pero sería inmediatamente desviado el rayo de partículas a un tunel "ciego" donde la energía se disiparía en forma segura. Todo esto ocurre en milisegundos. El rayo, que viaja en un segundo por 11.000 circuitos, completaría menos de 3 circuitos antes de que este desvío se completara.


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Crédito imágenesSobre las imágenes


Foto Crédito:CERN
Los ocho imanes toroidales pueden ser vistos en el enorme detector ATLAS con el calorímetro antes de ser movido al centro del detector. Este calorímetro medirá las energías de las partículas producidas cuando colisionen los protones en el centro del detector. ATLAS trabajará junto con el experimento CMS en busca de una nueva físca a niveles de 14 TeV.








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