Experiment ATLAS
El ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS, Aparat Toroidal del LHC) és un dels sèt detectors de partícules (junt al ALICE, CMS, TOTEM, LHCb, LHCf i MoEDAL) construït en el LHC (Gran Colisionador de Hadrones), el modern accelerador de partícules del CERN en Suïssa. El seu tamany és de 46 metros de llarc i 25 de diàmetro, i pesa unes 7000 tonellades. En el proyecte estan implicats uns 3.000 científics i ingeniers de sobre 175 institucions pertanyents a 38 països diferents. Els primers 15 anys, el proyecte ha segut liderat per Peter Jenni, succeït per Fabiola Gianotti en 2009 fins a 2013. Des de llavors va ser encapçalat per David Charlton.
S'esperava que estiguera plenament operatiu a principis de 2008. D'este experiment s'espera que detecte partícules molt massives no detectables anteriorment, que operaven a menors energies, i que aporte llum a noves teories físiques més allà del Model Estàndar.
El grup de físics que va construir el detector, conegut com a Colaboració ATLAS, es va formar en 1992, en fusionar-se els experiments EAGLE (Experiment for Accurate Gamma, Lepton and Energy Measurements, Experiment per a la Mida Precisa de Gammas i Leptones) i ASCOT (Apparatus with Super COnducting Toroids, Aparat en Toroides SuperCOnductores), per a donar lloc a un únic detector multipropósito per a el LHC. El disseny de ATLAS és una combinació d'abdós experiments, ademés d'idees aportades durant el disseny i investigació del Supercolisionador superconductor. El ATLAS tal i com està ara es va concebre en 1994, i va obtindre la finançació oficial a principis de 1995. Atres països, laboratoris i universitatés es varen unir al proyecte en els anys següents, i inclús en l'actualitat (2007) se seguixen sumant participants. Els treballs de montage varen escomençar en cada grup de forma individual, i en 2003 varen començar els treballs de montage in situ.
El ATLAS és un detector multipropósito. Quan els fas de protones produïts per l'accelerador interactuen en el centre del detector, es produiran una série de partícules en un ampli ranc d'energies. Més que centrar-se en un determinat tipo de partícules, el ATLAS s'ha dissenyat per a que medixca el major interval possible d'energies. Es pretén que, siga com siga el procés produït o les partícules generades, el ATLAS siga capaç de detectar-les i medir les seues propietats. Experiments anteriors, com el Tevatrón i el LEP, varen ser dissenyats en un propòsit similar. No obstant, les condicions úniques d'operació de el ATLAS (energies mai vistes i un ritme de colisions extremadament elevat) fan del seu disseny el més complex fins a la data.
Base teòrica
[editar | editar còdic]
El primer ciclotrón, un dels primers acceleradors de partícules, va ser creat per Ernest O. Lawrence en 1931, en un radi de pocs centímetros i energies de fins a 1 MeV. Des de llavors, els acceleradors han anat creixent enormement en tamany i energia buscant generar partícules de majors masses. Junt al creiximent dels acceleradors ha anat aumentant la llista de partícules conegudes. El model que s'usa en l'actualitat, molt provat i sòlit, és el Model Estàndar; s'han detectat totes les partícules que ho formen, llevat el Bosón de Higgs. El Model Estàndar es creu que no funciona a energies per damunt de la màxima produïda en l'actualitat, 1 TeV (en el Tevatrón). S'espera que la teoria més-allà-del-Model-Estàndar, idéntida al Model Estàndar a les energies assequibles en l'actualitat, descriga partícules a energies molt superiors. Moltes d'estes teories prediuen partícules de massa molt major. El LHC, de 27 km de circumferència, colisionarà dos fas de protones a energies sèt millons de voltes superiors al del primer accelerador. Serà capaç de produir partícules dèu voltes més pesades que les actuals, si existixen.
A banda de produir dites partícules, estes deuen ser observades, i eixa és la tasca dels detectors. Des dels anys 70, els detectors es dissenyen en capes, com les cebes, capes que rodegen el punt d'interacció (a on colisionen abdós fas). Cada capa és diferent, i permeten detectar el tipo de partícula, la seua energia (massa) i el seu moment. Conforme creix l'energia de les noves partícules generades, els nous detectors deuen ser capaços de frenar-les i medir-les. Aixina, el ATLAS és el major detector fins a la data, capaç de medir les propietats de les molt massives partícules generades en el LHC.
Programa científic
[editar | editar còdic]
De el ATLAS s'espera que investigue els nous tipos de partícules que puguen ser detectats en les colisions d'alta energia de el LHC. Algunes d'elles supondran la confirmació o no del Model Estàndar, mentres que unes atres poden donar lloc a noves teories.
Una de les més importants tasques de el ATLAS és detectar l'última peça del puzle cridat Model Estàndar: el bosón de Higgs. El mecanisme de Higgs, en el qual intervé dit bosón, és el que li dona la massa a les partícules elementals, diferenciant la força dèbil i l'interacció electromagnètica. Dit mecanisme explica satisfactòriament la massa dels bosones W i Z i la massa nula en repòs dels fotons. Si no es descobrix el bosón de Higgs, s'espera que un atre mecanisme de trencament de la simetria electrodébil puga ser deduït, com el Tecnicolor. Sense eixe mecanisme, el Model Estàndar és matemàticament inconsistente als nivells d'energia que alcançarà LHC. El bosón de Higgs pot ser que es detecte a partir de les partícules que es desintegren en ell. Les més interaccions més plausibles són les que involucren dos fotons, dos quarks fondo o quatre leptones. En ocasions, eixes desintegracions només poden ser detectades inequívocament si van associades a partícules adicionals (diagrama).
També s'investigarà l'asimetria entre matèria i antimatèria, coneguda com violació CP. Els experiments actuals de violació CP, com BaBar i Belle, no han detectat suficient violació en el Model Estàndar com per a explicar la falta d'antimatèria detectable en l'Univers. És possible que els nous models físics introduïxquen violacions adicionals, aclarint alguna cosa este problema; estos nous models pot ser que detecten estes violacions per mig de la producció de partícules adicionals o per mig de medicions indirectes de les propietats dels posades B (camí seguit pels experiments LHCb i LHC; és possible que el camí correcte siga el primer).
Les propietats del quark dalt, descobert en el Fermilab en 1995, només han segut descrites parcialment. En majors energies i majors ràtios de producció, el LHC produirà grans cantitats de quark dalt, podent aixina medir les seues propietats en major precisió i exactitut, ademés de medir la seua interacció en atres partícules. Estes mides donaran informació indirecta sobre els detalls del Model Estàndar, inclús pot ser que revele inconsistencias que puguen ser el punt de partida cap a noves teories; per eixemple, el ATLAS pot ser que medixca la massa del bosón W en una precisió major que l'actual.
Possiblement, les llínees d'investigació més interessants són aquelles que busquen directament nous models físics. Una teoria que s'està investigant activament en l'actualitat és el trencament de la supersimetría. Esta teoria és popular ya que soluciona un número de problemes de física teòrica que estan presents en pràcticament tots els models de cuerdo. Estos models supersimétricos impliquen partícules noves i molt massives; en moltes ocasions, es desintegren donant lloc a quarks molt energètics i partícules estables pesades de les que s'espera que interaccionen poc en la matèria ordinària. Estes partícules estables escaparien al detector, deixant com a senyal una o més jets de quarks i una gran cantitat de "moment perdut". Atres hipotètiques partícules massives, com les que descriu la teoria de Kaluza-Klein, podrien deixar senyals paregudes, deixant vore que hi ha una nova física més allà del Model Estàndar.
Referències
[editar | editar còdic]
- Este artícul conté una traducció derivada de «Experimento ATLAS» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.