Segundo ciclo de funcionamiento del LHC: una máquina más poderosa

A principios de 2013, después de tres años de funcionamiento, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) cerró para un mantenimiento planeado. Cientos de ingenieros y técnicos han pasado dos años reparando y reforzando el acelerador para funcionar a una mayor energía. Ahora, el mayor y más potente acelerador de partículas del mundo está preparado para empezar a funcionar de nuevo. ¿Qué mejoras se han hecho?

Mejoras del LHC para el Run 2Nuevos imanes
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1. Nuevos imanes

Se han reemplazado 18 de los 1.232 imanes dipolos superconductores, que conducen las partículas por el acelerador, debido a su desgaste.

2. Conexiones reforzadas

Se han reforzado más de 10.000 conexiones eléctricas entre imanes dipolos del LHC mediante shunts, piezas de metal que hacen de recorrido alternativo para la corriente de 11.000 amperios salvando la conexión si hay un fallo.

3. Imanes más seguros

Los imanes superconductores del LHC tienen mejoras en el sistema de protección al apagado (quench protection system o QPS). Los imanes conducen electricidad sin perder energía a la resistencia, con lo que pueden alcanzar grandes campos magnéticos. En un apagón, el imán vuelve a un estado de resistencia (deja de ser superconductor), perdiendo gran cantidad de energía. El sistema QPS del LHC sirve para disipar esta energía de forma controlada si detecta el desarrollo de un voltaje inusual en el imán.

4. Haces de partículas con mayor energía

La energía de las colisiones en el LHC en 2015 será de 13 teraelectronvoltios (TeV), o 6,5 por haz, comparada con los 8 TeV (4 por haz) en 2012. Una energía mayor permitirá a los científicos extender la búsqueda de nuevas partículas y comprobar teorías: Objetivos de Física del LHC en el Run 2.

5. Haces más estrechos

Puesto que el ancho del haz de partículas se reduce con una energía mayor, los haces del LHC se concentrarán más en su punto de colisión, lo que supone más interacciones y colisiones para estudiar por parte de los experimentos.

6. Paquetes de protones más pequeños y cercanos

Habrá menos protones por paquete, 1,2 x 1011 comparados con los 1,7 x 1011 de 2012. Cuando suceden decenas de colisiones a la vez es complicado para los sistemas de computación de los detectores distinguir qué partícula procede de cada colisión. Con menos protones en cada colisión se reducirá este problema, llamado pileup. Sin embargo, los haces de protones se separarán cada 25 nanosegundos en lugar de cada 50. El LHC ofrecerá así más partículas por unidad de tiempo y más colisiones a los experimentos.

7. Mayor voltaje

Las cavidades de radiofrecuencia, que dan a las partículas pequeños empujones de energía cuando pasan, operarán con mayores voltajes para dar a los haces mayor energía.

8. Criogenia mejorada

Los dipolos magnéticos del LHC se deben mantener a baja temperatura para mantener su superconductividad. Todo el sistema criogénico se ha consolidado, con un mantenimiento completo de los compresores de frío así como una actualización de los sistemas de control y renovación de la planta de refrigerado.

9. Electrónica resistente a las radiaciones

Se ha realizado un mantenimiento y actualización completo de los sistemas eléctricos del LHC mediante más de 400.000 pruebas y la inclusión de nuevos sistemas más tolerantes a la radiación.

10. Sistema de vacío más seguro

El interior del tubo donde circulan los haces está vacío para que las partículas no choquen con otras moléculas en su camino. Pero los haces cargados pueden desprender electrones de la superficie del tubo, formando una nube de electrones que interfiere con el haz. Para atenuar este efecto, el interior del tubo se ha recubierto con un captador no evaporable (NEG), un material que retiene los electrones. En algunos sitios, los solenoides se han envuelto alrededor del tubo de los haces para evitar que los electrones se desvíen de los lados.

Algunos datos

  • 18 imanes superconductores reemplazados
  • 10.170 interconexiones entre imanes reforzadas para permitir corrientes de 11.000 amperios
  • Haces con paquetes con menos protones (1,2 x 1011), pero más seguidos (cada 25 nanosegundos)
  • Más de 1.000 kilómetros de cables instalados
  • 24 meses, 1,5 millones de horas de trabajo, 300 personas
  • Colisiones a 13 Tev, 6,5 por haz, en lugar de 8 TeV
  • 400.000 test en los sistemas eléctricos para resistir la radiación
  • De las 40 millones de colisiones por segundo se esperan guardar 1.000, más del doble del run 1