lunes, 18 de agosto de 2008

El gran colisionador de hadrones (LHC) VII: ALICE

En esta entrada se hablará del experimento ALICE, así que sin más preámbulos empecemos.

ALICE
A Large Ion Collider Experiment (Gran Experimento de Colisionador de Iones)

ALICE, como los otros cinco detectores comparte sus instalaciones en el gran colisionador de hadrones. Tiene un peso de 10,000 toneladas y sus dimensiones son 26 metros de longitud, 16 metros de anchura y 16 metros de altura.

El propósito para el cual fue construido el detector ALICE es recrear condiciones similares a las ocurridas después del Big-Bang. Con los datos que se obtengan sera posible estudiar la evolución de la materia desde el inicio del Universo hasta nuestros días.

Se sabe que el Universo actual esta conformado por átomos, los cuales a su vez están formados por electrones, protones y neutrones. Estos últimos los protones y neutrones esta formados por quarks que se unen por una fuerte interacción medida en gluones. Está interacción fuerte también es responsable de que los protones y neutrones estén vinculados en el núcleo de los átomos.

Aunque gran parte de la interacción fuerte es conocida, aún hay cuestiones que siguen sin resolverse: el mecanismo mediante el cual los quarks y los gluones permanecen unidos y vinculados dentro de protones y neutrones, tal mecanismo es conocido como confinamiento y su causa se desconoce, por otra parte se sabe que tanto protones como neutrones están conformados por tres quarks, pero sumando la masa de los tres quarks tan solo se obtiene el 1% de la masa de protones o neutrones, entonces ¿de dónde proviene el 99% de masa restante? Ambas cuestiones se cree derivan de la forma en que las propiedades del vacío son modificadas por la fuerte interacción que ocurre entre quarks y gluones.
Instalaciones del detector ALICE. Propiedad del CERN.
ALICE ha sido diseñado en medida de lo posible para que las colisiones sucedan en el centro del detector, para que la evolución del espacio y el tiempo pueda ser reconstruida y estudiada. Para ello diferentes subdetectores han sido utilizados, que a su vez proporcionarán distinta información a los físicos, solo de esta manera sera posible estudiar un fenómeno tan complejo desde diferentes puntos de vista.

Para poder hacer esto es necesario primero medir la colisión, esto se hace mediante la medida de los restos del choque con detectores de alta densidad situados a 110 metros de ambos lados de ALICE y la medición del número de partículas producidas que a la vez proporciona información sobre su distribución espacial.

Luego de medir cuan poderosa es la colisión, se realiza un seguimiento de las partículas producidas mediante detectores cilíndricos o ITS Pixels (que de dentro hacia fuera reciben el nombre de ITS Drift, ITS Strips, TPC, TRD) dado que cada partícula tiene una carga eléctrica es posible conocer su trayectoria. Para poder identificar las trayectorias también se emplea un campo magnético producido por un imán, el campo magnético curva las trayectorias de las partículas con lo cual es posible calcular el impulso. Los subdetectores de esta sección son tan eficaces y precisos que se pueden identificar aquellas partículas que su tiempo de vida es muy corto.

Conocida la trayectoria lo que sigue es identificar de que partícula se trata, si es un electrón, protón, kaón o un pión. Pese a la información obtenida previamente, es necesario hacer uso de subdetectores más precisos como TOF que en una millonésima de segunda puede medir el tiempo en que una partícula viaja y con ello calcular la velocidad. A su vez HMPID mide la tenue luz generada por los patrones de partículas y TRD mide la radiación que emiten las partículas al cruzar diferentes medios, lo que permite identificar a los electrones. A su vez los muones, se miden en un capa muy gruesa de materiales que detiene a las demás partículas y son detectados por espectrómetros de muones.

Finalmente los fotones (partículas de luz), emitidas por un objeto caliente proporcionan información sobre la temperatura del sistema. Para medirlos se emplean los cristales de PHOS que son tan densos como el plomo y más transparentes que el vidrio, que medirán una zona limitada. En tanto los subdetectores PMD y en particular EMCal realizará mediciones en amplias zonas con una impresionante precisión.

Con información de CERN | LHCCountdown | LHC | ALICE | ALICE y la sopa de quarks y gluones (Historia en PDF para niños)

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