El mayor y más potente acelerador de partículas del mundo, el LHC o Gran Colisionador de Hadrones del CERN, ha vuelto a ponerse en marcha tras una pausa de más de tres años para llevar a cabo tareas de mantenimiento, consolidación y actualización. Concretamente, el viernes 22 de abril a las 12:16 horas, dos protones comenzaban a circular en direcciones opuestas a través de su anillo de 27 kilómetros, ubicado en el subsuelo de Ginebra (Suiza), con una energía de inyección de 450 mil millones de electronvoltios (450 GeV).

De esta forma comenzaba el tercer periodo de funcionamiento del LHC, denominado Run 3, en el que participa el Grupo de Física de Partículas e Instrumentación del Instituto de Física de Cantabria (IFCA, centro mixto CSIC-UC). El investigador de este grupo y representante del detector CMS en España, Celso Martínez, explica que «de 2009 a 2012 es lo que llamamos el Run 1, cuando se descubre el bosón de Higgs, funcionando con una colisión en ese momento de 7 y 8 TeV. Luego se paró dos años hasta 2015, donde empezó a funcionar con una colisión de 13 TeV el Run 2, de 2016 a 2018. A finales de 2018 se paró otra vez cuatro años y va a empezar ahora, en verano, a funcionar con una energía de 13,6 TeV; no hay ningún acelerador en la Tierra que llegue a esa energía controlada».

Esto supone el final de la segunda parada larga del LHC y el inicio de un nuevo ciclo de recolección de datos físicos, que se extenderá durante los próximos cuatro años y cuyo comienzo está previsto para el mes de julio. «Llevan ya unas semanas circulando partículas dentro del acelerador para ver que está todo bien», explica el investigador. Una instalación muy compleja que “es muy difícil que empiece a funcionar de un día para otro. Hay que ir enfriándolo hasta los 269º bajo cero; es el sitio más frío que existe en el universo», aclara Rivero.

Hasta entonces, la comunidad científica del LHC trabajará para volver a poner en marcha la maquinaria de manera progresiva y aumentar de forma segura la energía y la intensidad de las partículas, con el objetivo de producir colisiones a una energía récord de 13,6 billones de electronvoltios. Los detectores del acelerador comenzarán en verano a recoger datos de colisiones entre partículas no solo a una energía récord sino también en cantidades nunca antes alcanzadas, y a ofrecer datos al equipo investigador, como explica Martínez. «En principio, el 4 de agosto de 2022 empezaría a colisionar dando física, es decir, colisionando y produciendo datos que vamos a recoger en el detector CMS».

Nueva física

Y estos datos nutrirán, a su vez, varios de los proyectos en los que está involucrado el IFCA: «Uno de computación, de Francisco Matorras; otro de “upgrade” (mejora), que lo llevan Gervasio Gómez e Iván Vila; y otro para análisis en el Run 3, el mío junto a Alicia Calderón, que analizará todos los datos que recibimos en Higgs, en “top quark”, en SUSY (Supersimetría) y en materia oscura», comenta el representante de CMS en España.

«Nuestro objetivo es analizar los datos, ver nueva física, si es posible, y esto nos va a llevar varios años de aquí en adelante. Además, ahora tendremos que ir a CMS para analizar los datos», comenta Alicia Calderón, investigadora en el Grupo de Física de Partículas del IFCA.

En el caso de los experimentos ATLAS y CMS, la comunidad investigadora espera registrar más colisiones durante este nuevo Run 3 que en los dos anteriores periodos de funcionamiento juntos, mientras que el LHCb, que ha sido completamente renovado durante la parada, prevé que su número de colisiones detectadas se multiplique por tres. Por su parte, ALICE, un detector especializado en el estudio de las colisiones de iones pesados, espera multiplicar por cuatro o por cinco el número total de colisiones de iones detectadas gracias las mejoras implementadas.

Una mirada más precisa

Este gran número de colisiones que se esperan registrar permitirá a la comunidad investigadora internacional estudiar el bosón de Higgs con la mayor precisión posible y someter al Modelo Estándar de la física de partículas a las pruebas más estrictas realizadas hasta la fecha. También se prevé el comienzo de dos nuevos experimentos, FASER y SND@LHC, diseñados para buscar física más allá del Modelo Estándar.

Además, el equipo investigador tiene otros muchos objetivos para este nuevo Run 3, como el estudio de colisiones protón-helio para medir la frecuencia con la que se produce la antimateria de los protones en estas interacciones o el análisis de colisiones con iones de oxígeno, y ampliar el conocimiento sobre la física de los rayos cósmicos y del plasma quark-gluón, un estado de la materia que existió poco después del Big Bang.