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Tour du LHC | revista de simetría

noviembre 17, 2018
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La meseta suiza puede parecer plana desde arriba, pero tanto la vista de pájaro como su nombre son engañosos; es, de hecho, salpicado de colinas. Me doy cuenta de esto al andar en bicicleta, desde mi apartamento en Prevessin, Francia, al Centro de Control CERN. A pesar de cubrir un poco más de una milla, el paseo me hace romper a sudar.

Es viernes, 13 de julio. Mientras los ciclistas profesionales recorren los Alpes durante su carrera anual por Francia, he decidido hacer mi propia versión, un poco más pequeña, del Tour, en torno al Gran Colisionador de Hadrones en el CERN. Durante dos días, seguiré la ruta ciclista “Pasaporte al Big Bang” de CERN. Iré detrás de escena para visitar cada uno de los cuatro experimentos principales del LHC y reunirme con algunas de las personas que trabajan aquí.

El LHC es el acelerador de partículas más grande y poderoso del mundo. Es un anillo continuo de 16.6 millas de maquinaria personalizada enterrada a más de 300 pies bajo tierra en la roca entre los escarpados Alpes y las antiguas montañas del Jura.

Si bien la mayoría de los pases del LHC se encuentran debajo de las casas, tierras de cultivo y los dedos del pie del Jura, la ruta “Pasaporte al Big Bang” se aproxima al camino subterráneo del LHC en los caminos y senderos más cercanos.

Etapa 1: Centro de Control CERN

Mi viaje comienza en el Centro de Control CERN, un edificio grande y cuadrado con techos altos y cuatro anillos de monitores de computadora en un diseño de hoja de trébol en la sala principal. El CCC es el corazón del complejo acelerador CERN. Trae operadores, ingenieros y físicos a la misma sala para operar y monitorear la red de máquinas de manera remota.

Llego alrededor de las 9:30 a.m. Digo hola a Michaela Schaumann, una de las Ingenieros a Cargo responsable del buen funcionamiento del acelerador. Conocí a Michaela hace unos años en mi clase de yoga CERN (que es enseñada por otro físico acelerador). El año pasado logramos una entrevista telefónica completa sobre un recorrido especial del LHC (en el que el acelerador colisionó con los núcleos de xenón) antes de preguntar si yo era la misma Sarah que ella conocía. Más de 10,000 personas trabajan en el campus del CERN, sin embargo, puede ser un mundo pequeño.

Michaela estará en turno en el centro de control hoy a partir de las 3 p.m. hasta las 11 p.m., así que se dirige a casa para descansar y continúo hacia mi primer experimento en el anillo LHC.

Bajé la colina en una carretera y tomé un atajo a través de un camino de grava hasta Suiza. Luego vuelvo a Francia y bajo un letrero que dice “CERN LHC punto 8 – LHCb”. Paso por delante de los compradores que empujan carros de supermercado mientras sigo una carretera a través de un gran centro comercial, un McDonald's y un edificio industrial en la parte posterior.

Etapa 2: el experimento de LHCb y la criogenia

Cuando llegué, vi al físico Bolek Pietrzyk caminando hacia mí. Bolek ha trabajado en el CERN durante 46 años. Él es uno de los físicos más apasionados que conozco; a menudo toca la puerta de mi oficina o me encuentra en la máquina de café para compartir los últimos resultados de LHCb. Nos escanea el portón y nos lleva a la sala de control de LHCb, donde los científicos están monitoreando el detector y los datos de los cientos de millones de colisiones de partículas que suceden cada segundo en el LHC.

Con 1370 colaboradores científicos, LHCb es el más pequeño de los cuatro experimentos principales de LHC. El detector LHCb está diseñado para estudiar las diferencias entre materia y antimateria, dos tipos de partículas que parecen ser casi idénticas, excepto por sus cargas opuestas.

La materia y la antimateria parecen ser dos caras de la misma moneda: cuando se produce una partícula de materia, su partícula asociada de antimateria siempre se produce al mismo tiempo; y cuando esas dos partículas se encuentran, se aniquilan. Pero si la materia y la antimateria siempre llegan y se van juntas, entonces ¿por qué nos queda una cantidad desproporcionada de materia después del Big Bang? ¿A dónde fue la misma cantidad de antimateria? LHCb investiga las propiedades de la materia y la antimateria y busca diferencias sutiles que podrían haber llevado al desequilibrio.

Justo arriba de las escaleras de la sala de control de LHCb está la sala de control criogénico, responsable de dirigir el enfriamiento de un cuarto del LHC. Toco la puerta y el operador criogénico Gareth Jones responde. Antes le había preguntado si quería acompañarme en mi paseo en bicicleta, y me sorprendió cuando dijo que no tenía una bicicleta. (Sin embargo, posee un traje de alas, como mi compañero de oficina y yo descubrimos accidentalmente a través de Google).

Gareth y yo caminamos por el estacionamiento para poder mostrarme la “caja fría”, que es responsable de enfriar el helio del LHC a 4,5 Kelvin (menos 452 grados Fahrenheit) antes de enviarlo a un lugar subterráneo, donde el enfriamiento continúa hasta que es helio superfluido. Siempre me sorprende cuánto está escondido justo detrás de mi centro comercial local.

Se está acercando a la 1 p.m., así que continúo hacia la próxima parada de mi recorrido. Tomo un atajo a través de un camino de tierra lleno de baches, a través de tierras de cultivo salpicadas de pacas de heno. Planeo almorzar en el sitio principal del CERN antes de pasar a mi próximo punto de acceso LHC, el experimento ATLAS. En el camino, me detengo a buscar algunas moras silvestres, pero rápidamente descubro que estoy caminando a través de la ortiga. Vuelvo a mi bicicleta con la quema de tobillos.

Etapa 3: el experimento ATLAS

El experimento ATLAS se encuentra justo al otro lado de la calle desde el sitio principal del CERN en Meyrin, Suiza. Es el único experimento de LHC ubicado en Suiza; la mayoría del anillo pasa por Francia. De los cuatro experimentos de LHC, ATLAS ocupa el mayor volumen. Es aproximadamente la mitad del tamaño de la Catedral de Notre Dame en París.

Me siento dentro del área de visitantes con aire acondicionado mientras espero al físico Claire Lee. (Y ella me espera en el calor abrasador cerca de los bastidores de bicicletas. Ups.)

Claire es física en el Laboratorio Nacional Brookhaven y ha vivido en un pueblo en las montañas del Jura detrás del CERN durante los últimos siete años. Hoy su esposo está en un viaje de trabajo, por lo que su hijo, Cabhán, se une a nosotros también.

ATLAS y su experimento hermano, CMS, fueron diseñados para, entre otras cosas, buscar el bosón de Higgs, una partícula que ayuda a explicar el origen de la masa. Los experimentos anunciaron conjuntamente el descubrimiento del Higgs en 2012. Pero su trabajo está lejos de haber terminado. “Solo conocemos el 5 por ciento del universo”, dice Claire. “El resto que sabemos está ahí por la forma en que empuja y atrae estrellas y galaxias, pero no tenemos idea de qué se trata”.

A diferencia de LHCb, el experimento ATLAS es un detector general de uso múltiple. Los científicos examinan sus datos para estudiar y buscar decenas de diferentes tipos de fenómenos físicos.

Después de llenar nuestras botellas de agua, Claire, su hijo y yo partimos en nuestras bicicletas hacia mi siguiente parada, el experimento ALICE.

Para frenar el tráfico, el gobierno suizo estableció barreras naranjas permanentes en la frontera con Francia. Me detengo con frecuencia y miro hacia atrás para asegurarme de que todos estén bien pasando por la carrera de obstáculos en zigzag resultante.

“¿Quieres algo de energía?”, Pregunta Cabhán, mientras rueda hacia mí sosteniendo una bolsa de dulces.

“¡Absolutamente!” Digo mientras tomo uno. Luego un segundo.

Anders describe el plasma de quark-gluón en ALICE.

Anders describe el plasma de quark-gluón en ALICE.

Cortesía de Sarah Charley

Etapa 4: el experimento ALICE

Después de unos 15 minutos, llegamos a ALICE justo a tiempo para ver a Anders Knospe corriendo detrás de nosotros en su bicicleta. Anders es un postdoc en la Universidad de Houston. Él ha trabajado en ALICE por siete años. Claire y Anders se conocen desde hace mucho tiempo, pero esta es la primera vez que Claire visita el experimento de Anders. Desde donde me siento en la oficina de prensa, es fácil olvidar cuán especializados pueden llegar a ser los trabajos de los científicos.

Anders nos lleva más allá de la sala de control de ALICE y entra en el nuevo centro de visitantes de ALICE. A diferencia de los otros tres grandes experimentos en el LHC, ALICE no es un experimento de física de partículas; es un experimento de física nuclear. Como dice su sitio web, está “diseñado para estudiar materia que interactúa fuertemente con densidades de energía extremas”.

“Los físicos de partículas están interesados ​​en las propiedades de los componentes fundamentales de la materia”, explica Anders. “Estamos interesados ​​en cómo se comportan estos componentes fundamentales cuando están todos juntos”.

La mayoría de los cosmólogos piensan que nuestro universo era una sopa caliente y densa de partículas fundamentales llamadas quarks y gluones aproximadamente un segundo después del Big Bang, cuando todavía estaba demasiado caliente para que se formaran protones y neutrones. También hay buena evidencia para sugerir que este material existe ahora, en el centro de las estrellas de neutrones. Los científicos de ALICE esperan que si pueden identificar las propiedades de este material primordial, puedan comprender mejor cómo se desarrolló en todo el universo.

Después de nuestra visita a ALICE, ya son las 5 p.m. Le pregunto a Anders si todavía está listo para andar en bicicleta conmigo a mi siguiente parada, LHC Point 4.

“Claro, ¿por qué no?”, Dice.

En la década de 1990, Point 4 fue el hogar del detector ALEPH, un experimento que midió los subproductos de las colisiones electrón-positrones. Fue diseñado para estudiar los bosones W y Z recién descubiertos y para buscar el bosón de Higgs. (Alerta de spoiler: no lo encontró).

Hoy, el punto 4 alberga las cavidades aceleradoras del LHC. La mayor parte de la maquinaria en las 16.6 millas del anillo LHC está dedicada a doblar y acorralar protones en el camino correcto; solo unos 26 pies del anillo están dedicados a la aceleración.

Funciona como empujar a un niño en un columpio. Les das un pequeño empujón, esperas que se vuelvan hacia ti, y luego les das otro pequeño empujón. Con el tiempo, la energía se acumula. En el caso del LHC, la energía de un protón aumenta 14 veces en el transcurso de 20 minutos. Para cuando los protones están listos para colisionar, han sido empujados por las cavidades que se aceleran 13 millones de veces.

El camino desde ALICE hasta el punto 4 es un camino de ripio angosto. Inmediatamente detrás del experimento hay un pequeño recinto con gansos, pollos e incluso un pavo real de aspecto agitado. Tomamos un giro equivocado y llegamos a un callejón sin salida en un campo.

El camino es una mezcla de tierras de cultivo y bosques, y en muchos puntos debemos bajar de nuestras bicicletas y caminar sobre piedras grandes y sueltas. Me imagino el LHC corriendo debajo de nuestros neumáticos. Es tan sensible que puede sentir los temblores de un terremoto que ocurre en el otro lado del mundo, pero tan profundo que el enorme equipo agrícola que actualmente enrolla el trigo en pacas de heno directamente encima no tiene impacto.

El camino comienza a subir a medida que alcanzamos el pie del Jura. Esta cordillera es mucho más antigua que los Alpes y me recuerda a los Apalaches en Maine. Los Jura son cortos, en comparación con los Alpes, pero eso no significa que no sean empinados.

El lecho de roca debajo de nosotros está inclinado; para permanecer dentro de una sola capa, el túnel LHC está realmente ligeramente inclinado. Todo tiene que ser calibrado por expertos para compensar esta pendiente menor. Cómo desearía estar bajo tierra en ese túnel fresco y suavemente pavimentado mientras arrastro mi bicicleta sobre las rocas en el opresivo calor de la tarde.

Anders y yo finalmente salimos del bosque cerca de la fuente del río Allondon. Cerramos nuestras bicicletas y tomamos un sendero empinado y empinado hacia una hermosa y clara piscina. El Allondon viene directamente de un manantial natural, así que lleno mi botella de agua justo donde burbujea desde las rocas, me quito los zapatos y los calcetines y me meto en el agua helada. Solté un grito cuando mis pies resbalaron sobre las rocas y me sumergí debajo de mucho más rápido de lo que había planeado.

Volvemos a nuestras bicicletas, y después de otros 10 minutos, finalmente llegamos a LHC Point 4 en el pequeño pueblo francés de Échenevex. Ya son las 7 p.m., pero la puerta de acceso al Punto 4 aún está abierta y el guardia de seguridad todavía está trabajando. Aparte de eso, está completamente desierto.

Anders saca un contenedor Tupperware lleno de rodajas de naranja. “¿Quieres uno?”, Pregunta.

“Sí”, digo mientras tomo uno. Luego un segundo.

Se está haciendo tarde, así que volvemos a nuestras respectivas casas. Afortunadamente, Anders imprimió su propio mapa y marcó un camino un poco más fácil. Lo seguimos de regreso a ALICE y en parte.

Riju y Sarah visitan el Punto 5, hogar del experimento CMS.

Riju y Sarah visitan el Punto 5, hogar del experimento CMS.

Cortesía de Sarah Charley

Etapa 5: El experimento de CMS

La segunda parte de mi gira comienza una semana más tarde, el viernes 20 de julio. Hago trampa un poco; Me lleva del sitio principal del CERN a mi siguiente parada, Point 5, que alberga el experimento de CMS.

Hoy estoy matando a dos pájaros de un tiro y llevándome con un novelista que solicitó visitar el CMS, solo porque estoy en bicicleta no significa que tenga que cumplir con mis obligaciones como oficial de prensa. Mi amigo Riju Dasgupta, un estudiante graduado de la UCLA, lleva al novelista al Punto 5 mientras el videógrafo Christoph Madsen y yo giramos y metimos dos bicicletas en una furgoneta CERN hasta que finalmente podamos cerrar el maletero.

El camino a CMS es una unidad de 25 minutos a través de carreteras sinuosas en pintorescos barrios. Hace algunos años, mi supervisor y yo terminamos perdidos en esta ruta con el periodista John Timmer. (Nuestra pequeña desgracia eventualmente llegó a su artículo sobre el CERN.) Me pregunto cómo lo haremos para encontrar nuestro camino de vuelta al sitio principal del CERN en bicicleta.

Cuando llegamos, Riju nos lleva a un gran edificio abierto con un cartel de 50 pies del detector CMS en la pared. La mayoría de los puntos de acceso del LHC fueron originalmente construidos para el habitante anterior del túnel LHC: el Gran Colisionador de Electrones y Positrones, o LEP. Pero la caverna experimental en el punto 5 fue construida específicamente para CMS.

Al excavar la caverna, los excavadores encontraron ruinas romanas y tuvieron que detener su trabajo mientras los arqueólogos catalogaban y retiraban artefactos. Cuando el trabajo se reinició, se encontraron con la capa freática. Terminaron congelando la suciedad empapada con nitrógeno líquido e instalando soportes de concreto. Me pregunto cuántos otros lugares usan nitrógeno líquido para resolver problemas de construcción.

Después de deambular por la sala de control y conversar un rato con algunos amigos durante el turno, nos encontramos con David Yu, un postdoctorado de la Universidad de Brown a quien invité a unirse al siguiente tramo del viaje.

David está vestido como si estuviera listo para el verdadero Tour de Francia. Es parte del club ciclista de Ginebra y regularmente corre por el Jura. Afortunadamente, está un poco cansado después de correr hasta el Punto 5 hoy (un recorrido de más de 12 millas, todo cuesta arriba), así que nos lo toma con calma.

David, el novelista y yo navegamos cuesta abajo hacia Point 6, el vertedero de haces de LHC.

El sprint final: puntos 6-8

El vertedero de vigas, enterrado como el túnel subterráneo del LHC, consiste en un cilindro largo de grafito rodeado de enormes bloques de concreto. Cuando los operadores del LHC quieren vaciar el acelerador de protones, hacen girar el rayo en el grafito.

El punto 6 se encuentra en una carretera desierta en medio de un bosque. La primera vez que vine aquí, fue por accidente. Me perdí en el bosque en mi camino a casa después de un paseo en bicicleta. De repente, mi pequeño sendero del bosque chocó contra un enorme complejo industrial. Me sentí como uno de los niños en la serie de Netflix Cosas extrañas. ¿Qué estaba haciendo esta cosa en medio del bosque?

Y luego aparecí en un estacionamiento y vi el punto de visitante “Pasaporte al Big Bang” y el logotipo del CERN. Por supuesto, fue CERN. Pequeños pedazos de CERN están escondidos por todos lados. Incluso el pequeño cobertizo de jardinería que paso todos los días en mi viaje matutino resultó ser un edificio del CERN.

Sale un guardia de seguridad. Hablo con él un poco de francés roto y le cuento sobre nuestro proyecto. Le pregunto si la gente alguna vez viene aquí.

“C'est très tranquille”, responde con un suspiro. Aparentemente, las únicas personas aquí hoy son unos electricistas arreglando algunas luces en el edificio.

David tiene una reunión con su jefe a las 2 p.m., así que volvemos a montar en nuestras bicicletas y nos dirigimos hacia Point 7. La novelista habla de lo asombrada que está en las aldeas francesas por las que pasamos. David y yo miramos paisajes que nos resultan demasiado familiares para que los notemos.

Antes, le había preguntado a Gareth, el operador de criogenia, si podía mostrarme nuestra próxima parada. “¿Punto 7?” Él había respondido. “Lo único que hay allí son unos pocos tanques de helio”.

Creí que estaba exagerando, pero su descripción era perfecta: encontramos un edificio de forma cuadrangular y unos tanques de helio detrás de una gran puerta verde. Me sorprende descubrir que ocho personas han revisado este lugar en Google Maps (“Très moche et bruyant”. (Muy feo y ruidoso) “Una estrella.” Parece justo.)

Oímos un gruñido bajo detrás de nosotros, y todos volteamos a mirar. A pesar de que todavía estamos bajo un cielo azul de verano, una pared de nubes púrpuras se está acercando gradualmente a nosotros desde el Jura. Decidimos que es hora de irnos.

Viajamos a través de pueblos que crecen más ocupados y ocupados a medida que nos acercamos a la frontera suiza. Atravesamos el límite de Ferney-Voltaire, cuyo nombre honra al autor de la Ilustración francesa. Voltaire era dueño de un castillo allí, pero hoy pienso en la aldea como el lugar donde los estudiantes graduados y posdoctorados del CERN se mudan cuando abandonan la búsqueda de viviendas asequibles en Ginebra.

El transporte público entre Ferney-Voltaire y Ginebra -en el elusivo autobús Y- es tan doloroso que en mis primeros días en el CERN lo consideré un agujero negro; una vez que la gente se mudó a Ferney-Voltaire, nunca más los viste. Por supuesto, ahora vivo al lado.

A medida que nos acercamos al punto 8, tanto al principio como al final de mi recorrido, de repente nos encontramos en un campo abierto. Estamos casi justo detrás de mi departamento, sin embargo, hasta este momento, nunca he visto esta área. Dejamos nuestras bicicletas y subimos una pequeña colina para tener una mejor vista.

La hierba larga y amarilla salpicada de árboles oscuros me recuerda a California, donde crecí. Es extraño cómo algo puede ser tan extraño y tan familiar al mismo tiempo.

Supongo que es por eso que los humanos hacemos ciencia en primer lugar: tomamos algo que creemos que sabemos por dentro y por fuera, luego empujamos todas nuestras suposiciones al límite para ver si podemos aprender algo nuevo. Siempre hay espacio para ser sorprendido.