HL-LHC tiene previsto comenzar a operar en 2030 y aumentará la intensidad, o luminosidad del colisionador, lo que resultará en un volumen de datos seis veces mayor al actual. Foto: gentileza investigado
Investigadores del CONICET y la UNLP se preparan para la nueva era de “alta luminosidad” de la física de partículas
Bajo la dirección de la investigadora María Teresa Dova, forman parte de la colaboración ATLAS, uno de los experimentos más importantes del Gran Colisionador de Hadrones (LHC, CERN) y uno de los instrumentos científicos más grandes y complejos jamás construidos.
El proyecto encara una ambiciosa transformación y tiene previsto comenzar a operar en 2030 con un volumen de datos seis veces mayor al actual.
La colaboración ATLAS del Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés) es uno de los experimentos más importantes del CERN (antigua sigla en francés para Organización Europea para la Investigación Nuclear) y uno de los instrumentos científicos más grandes y complejos jamás construidos: 40 metros de longitud y unos 25 metros de altura.
Fundado por el científico suizo Peter Jenni –su primer director–, el proyecto se centra en el estudio de las partículas elementales de la materia y las fuerzas fundamentales que rigen nuestro universo.
Sus sistemas de vanguardia rastrean partículas producidas en colisiones de partículas a energías sin precedentes, lo que permite grandes descubrimientos como el bosón de Higgs y la búsqueda de nueva física más allá del Modelo Estándar.
Desde 2006, expertos del CONICET y la Universidad Nacional de La Plata (UNLP) en el Instituto de Física La Plata (IFLP, CONICET-UNLP), bajo la dirección de la investigadora del CONICET María Teresa Dova, han estado a la vanguardia de las investigaciones de ATLAS aportando importantes innovaciones como la medida de las propiedades del bosón de Higgs y la búsqueda de nuevas partículas e interacciones, así como el desarrollo de componentes de electrónica en la frontera de la tecnología.
El pasado 26 de junio, ATLAS registró las últimas colisiones protón-protón del LHC, y este –un día después– aceleró sus últimos protones.
Estos hitos cierran un capítulo extraordinario en la física de partículas e inician una ambiciosa transformación tanto del LHC como de sus experimentos: el LHC de Alta Luminosidad (HL-LHC).
HL-LHC tiene previsto comenzar a operar en 2030 y aumentará la intensidad, o luminosidad del colisionador, lo que resultará en un volumen de datos seis veces mayor que el disponible actualmente.
Como el mayor experimento del LHC, ATLAS también se transformará para gestionar este enorme flujo de datos mediante una ambiciosa actualización.
“El HL-LHC marcará el rumbo de la física de partículas durante las próximas décadas, y prepararse para ello es una de las empresas científicas más ambiciosas que nuestra colaboración ha emprendido jamás”, afirma Stéphane Willocq, portavoz de ATLAS.
“Para registrar datos en estas condiciones extremas, los sistemas fundamentales del experimento ATLAS han sido reinventados por completo.
Esto nos permitirá seguir ampliando las fronteras del conocimiento, explorando los límites de nuestras teorías actuales y buscando respuestas a las preguntas que estas dejan abiertas”.
El colosal esfuerzo de ingeniería para preparar los experimentos para el HL-LHC es solo una parte de la historia.
Mientras los equipos de las diversas instituciones transforman el experimento para el HL-LHC, a su vez, se intensifica la actividad para analizar los enormes conjuntos de datos recopilados en el LHC.
A lo largo de su vida útil, ATLAS ha registrado más de 50 millones de billones de colisiones protón-protón.
“Gracias a este rico acervo de datos, los próximos años estarán entre los más productivos científicamente en la historia del experimento”, se entusiasman desde la colaboración.
El experimento ATLAS es gestionado por una colaboración global de miles de integrantes pertenecientes a institutos de todo el mundo, en la que participan más de 1.600 estudiantes de maestría y doctorado.
Durante más de 20 años, investigadores del CONICET y de la UNLP han contribuido a su funcionamiento, al desarrollo de software y sistemas de disparo, a mediciones de precisión y a la búsqueda de nueva física.
“El éxito de ATLAS se basa en una colaboración internacional dinámica, donde la ciencia básica y los desarrollos tecnológicos de frontera se retroalimentan con un objetivo común: la búsqueda de conocimiento”, señaló María Teresa Dova, investigadora del CONICET en el IFLP y líder nacional de la colaboración argentina.
“Estamos orgullosos de las contribuciones vitales que nuestro equipo ha realizado al programa científico de ATLAS”, añadió Hernán Wahlberg, investigador del CONICET en el IFLP y participante del experimento.
La actualización de ATLAS para el HL-LHC requerirá una de las campañas de ingeniería más complejas en la historia del CERN. Investigadores de los institutos asociados a ATLAS en todo el mundo han estado diseñando, construyendo y probando la próxima generación de tecnologías de detección, las cuales ya se están trasladando al CERN para su instalación.
Esta renovación incluye un nuevo sistema de seguimiento de trazas interno, totalmente basado en silicio, con 5 mil millones de canales de lectura; un innovador detector de temporización de alta granularidad, con una resolución temporal de entre 30 y 50 picosegundos; y un sistema de selección de eventos de última generación basado en hardware programable, capaz de seleccionar eventos a una tasa de 1 MHz.
“Es un programa ambicioso y sumamente complejo que exige la participación activa de toda nuestra colaboración; miles de miembros de ATLAS en todo el mundo han estado involucrados en estas actividades”, afirma Benedetto Gorini, coordinador de la actualización de ATLAS.
El CONICET y la UNLP se mantienen a la vanguardia de los esfuerzos científicos y técnicos del experimento, contribuyendo a preparar uno de los instrumentos científicos más sofisticados del mundo para los descubrimientos de la próxima década.
Argentina desempeña un papel clave en esta transformación mediante su trabajo en el nuevo sistema de adquisición de datos y disparo.
Investigadores e ingenieros del CONICET y la UNLP han sido responsables del diseño del firmware para placas FPGA y del sistema de fibras ópticas para interconectar el sistema de disparo en su primer nivel para la transmisión y procesamiento instantáneo de señales.
Esto permite garantizar que ATLAS pueda registrar datos en el desafiante entorno del HL-LHC, donde se producirán hasta 200 colisiones protón-protón simultáneas, 40 millones de veces por segundo.
“La contribución del Laboratorio de Física de Altas Energías del IFLP está ayudando a equipar a ATLAS para una escala de exploración física totalmente nueva”, señala Facundo Lucca, profesional del CONICET en el IFLP e ingeniero responsable.
“Las tecnologías que desarrollamos hoy permitirán realizar mediciones de precisión y abrirán el camino a los descubrimientos de las próximas décadas, teniendo a su vez aplicaciones de impacto en el medio socio-productivo”, destaca Fernando Monticelli, investigador del CONICET en el IFLP, a cargo del laboratorio local.
“El enorme conjunto de datos aún sin analizar del LHC sustentan un programa de análisis físico rico y diverso que abarca una amplia gama de temas, desde mediciones de precisión del bosón de Higgs hasta la búsqueda de fenómenos poco comunes que podrían apuntar a una física más allá del Modelo Estándar”, afirma Kerstin Tackmann, coordinadora de física de ATLAS
Los investigadores seguirán desempeñando un papel central en este programa a través de su trabajo en la física del Higgs y en nuevas búsquedas.
“Estamos entrando en un periodo apasionante de la historia de la física de partículas”, señala Francisco Alonso, investigador del CONICET en el IFLP y parte de la colaboración.
“Nuestros análisis abordan algunas de las cuestiones más fundamentales de la naturaleza”, afirman con entusiasmo Jean-Yves Beucamp, Tomas Buratovich y Fran Casinesse, becarios del CONICET en el IFLP, quienes realizan sus doctorados en el experimento.
Mientras una etapa del LHC llega a su fin, otra se prepara para comenzar.
“La fortaleza de ATLAS reside en su gente”, concluye Willocq.
“Al emprender el camino hacia la era del HL-LHC, lo hacemos con confianza, sabiendo que nuestros esfuerzos conjuntos han dado lugar repetidamente a importantes avances científicos.
Los años venideros estarán marcados tanto por descubrimientos científicos extraordinarios como por notables logros técnicos”, cierra.
CONICET
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