- Tres gallegos del Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE) viajan al CERN para instalar y poner en marcha el nuevo detector del experimento LHCb
- El IGFAE participa desde 2008 en el diseño y desarrollo de los sensores del subdetector VELO, que permitirá medir mesones b y buscar nueva física con una precisión sin precedentes
- VELO entrará en funcionamiento el próximo 5 de julio con la puesta en marcha del Gran Colisionar de Hadrones (LHC) después de un periodo de mejoras
Santiago de Compostela. 30 de junio de 2022. Tras más de 4 años parado para aumentar su luminosidad, en el CERN trabajan miles de personas a contrarreloj ante la inminente puesta en funcionamiento, el próximo 5 de julio, del mayor acelerador de partículas del mundo. Antonio Fernández Prieto, Edgar Lemos Cid y Efrén Rodríguez Rodríguez, tres gallegos e investigadores del IGFAE (centro mixto de la USC y la Xunta de Galicia) se desplazaron el mes pasado hasta Ginebra para instalar en el experimento LHCb ‒uno de los cuatro grandes del Gran Colisionador de Hadrones (LHC)‒ un instrumento que ayudará a averiguar por qué existe en el universo más materia que antimateria: el subdetector VELO. Un periplo científico en cuyo diseño y construcción participa el IGFAE desde 2008 desarrollando los sensores, el ASIC (Application-Specific Integrated Circuit), la electrónica y el sistema de vacío y refrigeración, y que ahora, en su versión mejorada, está listo para comenzar a buscar física más allá del Modelo Estándar.
El LHC es un acelerador de partículas con forma de anillo de 27 km de diámetro que acelera protones e iones en direcciones opuestas a velocidades cercanas a las de la luz para hacerlas chocar entre sí. Siguiendo la famosa ecuación de Einstein E=mc2, la energía de la colisión se transforma en materia, es decir, en nuevas partículas que son estudiadas por experimentos distribuidos en distintos puntos del anillo para comprender el origen de la materia y el universo.
En uno de esos puntos se encuentra el experimento LHCb, donde se ha instalado el nuevo VELO (VErtex LOcator), el subdetector más importante para detectar el punto de interacción de los haces de protones del acelerador y las partículas producidas en la colisión. Su objetivo es recrear con muchísima precisión la trayectoria de las partículas tras la colisión, diferenciando entre los vértices primarios (punto donde se generan los mesones b) y los vértices secundarios (donde se desintegran). Para conseguirlo hay que acercarse lo máximo posible al punto de colisión ya que las nuevas partículas recorren 8 mm antes de desaparecer y VELO se sitúa a tan solo 5,1 mm de ese punto. “Esto es muy interesante, pero al mismo tiempo es una de las dificultades de situarse tan cerca de los haces de protones del acelerador”, indica Edgar Lemos Cid, ingeniero e investigador postdoctoral del IGFAE, premiado por el CERN en 2020 por sus contribuciones al desarrollo de este detector. “Como el detector se ve sometido a un exceso de radiación, VELO se ha diseñado en dos módulos móviles con forma de “L”, que se alejan o se acercan perpendicularmente al haz cuando éste se ha estabilizado. A este ingenioso sistema se suma el sistema de refrigeración de microcanales que mantiene la electrónica a -30º C con dióxido de carbono en estado bifase (líquido y gas) para mantener los sensores a bajas temperaturas y reducir el daño por radiación”.
Para seguir haciendo descubrimientos el LHC se ha sometido a una actualización de luminosidad, es decir, generará más colisiones ‒y más energéticas‒ y los experimentos tienen que adaptarse. En este sentido, otro de los grandes logros de VELO es su capacidad para registrar 5 veces más colisiones al año y su rápida velocidad de lectura. Gracias a sus detectores de píxeles de silicio distribuidos en 52 módulos, captura eventos 40 millones de veces por segundo. “En el IGFAE nos hemos focalizado en la cadena de lectura electrónica del detector y el diseño de líneas de transmisión de datos de alta velocidad que permiten el control y la lectura de los sensores”, apunta Antonio Fernández Prieto, ingeniero e investigador postdoctoral del IGFAE. “Además, somos los encargados del diseño e implementación del firmware de control, lectura, calibración y sincronía”.
A la búsqueda de nueva física
El Modelo Estándar es la teoría que mejor describe las partículas fundamentales y sus interacciones. Sus predicciones se corroboran constantemente con las medidas realizadas en el LHC y otros experimentos de física de partículas, pero es una teoría incompleta. No es capaz de explicar, por ejemplo, qué es la materia oscura o el origen de la masa de las partículas. “VELO nos permitirá buscar física más allá del Modelo Estándar”, explica Abraham Gallas Torreira, investigador principal del IGFAE y coordinador de organización de la colaboración VELO. “En concreto, podremos hacer nuevas prospecciones en la física del sabor, la física electrodébil y la física de iones pesados”.
“En los próximos años ‒destaca Efrén Rodríguez Rodríguez, investigador predoctoral del IGFAE‒ me gustaría ver que el incremento de precisión de esta nueva mejora y de estadística, gracias al aumento del número de colisiones, ayude a obtener grandes resultados que nos permitan entender mejor el universo que nos rodea o quizás el descubrimiento de nueva física. Estoy emocionado por ver los resultados del duro trabajo realizado para desarrollar esta tecnología”, concluye este doctorando.
El próximo lunes 4 de julio, un día antes de ponerse en marcha el Run 3 del Gran Colisionador de Hadrones, se cumplirán 10 años del descubrimiento de una nueva partícula consistente con el bosón de Higgs que ponía fin a una búsqueda de más de 40 años. La comunidad científica del todo el mundo celebrará este hito histórico y los grandes avances dados en esta década. Después se pondrán manos a la obra, con el afán del conocimiento y la superación de los retos actuales, tras la búsqueda de nuevos hallazgos que cambien nuestra comprensión del universo que nos rodea.
El equipo del IGFAE que ha participado en la colaboración VELO desde 2008 se compone de: Pablo Vázquez Regueira, Abraham Gallas Torreira (investigadores principales), Edgar Lemos Cid y Antonio Fernández Prieto (ingenieros doctores), Efrén Rodríguez Rodríguez (doctorando) y Antonio Pazos Álvarez y Eliseo Pérez Trigo (técnicos asociados).
Más imágenes del VELO y su instalación. Crédito CERN:
Vídeo de la instalación del subdetector VELO. Crédito: Piotr Traczyk:
Pés e créditos das fotos:
Pies y créditos de las fotos:
- Imagen principal: El investigador del IGFAE Edgar Lemos Cid manipulando los sensores del subdetector VELO en el CERN. Crédito: CERN.
- Sensores de píxeles de silicio del VELO. Crédito: CERN.
- Efrén Rodríguez Rodríguez y Antonio Fernández Prieto junto a una de las mitades del subdetector VELO previo a su instalación. Crédito: Claudia Bertella.
- Efrén Rodríguez Rodríguez (rojo), Antonio Fernández Prieto (gris) y Edgar Lemos Cid (al fondo, azul) instalando la electrónica de control y de adquisición de datos. Crédito: Efrén Rodríguez Rodríguez.
- Cavidad en la que se insertan los módulos del detector. En amarillo, la lámina que separa el vacío principal del LHC del vacío en el que están los sensores de silicio. Crédito: Efrén Rodríguez Rodríguez.
