Experimento ATLAS

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Cadena de aceleradores
del Gran Colisionador de Hadrones (LHC)
Experimentos
ATLAS Aparato Toroidal del LHC
CMS Solenoide Compacto de Muones
LHCb LHC-beauty
ALICE Gran Colisionador de Iones
TOTEM Sección de Cruce total, diseminación
elástica y disociación por difracción
LHCf LHC-delantero
Preaceleradores
p y Pb Acelerador lineal
de protónes y Plomo
(no marcado) Lanzador de Protones del Sincrotrón
PS Sincrotrón de protones
SPS Super sincrotrón de protones

El ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS, Aparato Toroidal del LHC) es uno de los siete detectores de partículas (junto al ALICE, CMS, TOTEM, LHCb, LHCf y MoEDAL) construccido en el LHC ( Gran Colisionador de Hadrones), el moderno acelerador de partículas del CERN en Suiza. Su tamaño es de 46 metros de largo y 25 de diámetro, y pesa unas 7000 toneladas. En el proyecto están implicados unos 3000 científicos e ingenieros de sobre 175 instituciones pertenecientes a 38 países diferentes. Los primeros 15 años, el proyecto ha sido liderado por Peter Jenni, sucedido por Fabiola Gianotti en 2009 hasta 2013. Desde entonces fue encabezado por David Charlton.

Se esperaba que estuviera plenamente operativo a principios de 2008. De este experimento se espera que detecte partículas muy masivas no detectables anteriormente, que operaban a menores energías, y que aporte luz a nuevas teorías físicas más allá del Modelo Estándar.

El grupo de físicos que construyó el detector, conocido como Colaboración ATLAS, se formó en 1992, al fusionarse los experimentos EAGLE (Experiment for Accurate Gamma, Lepton and Energy Measurements, Experimento para la Medida Precisa de Gammas y Leptones) y ASCOT (Apparatus with Super COnducting Toroids, Aparato con Toroides SuperCOnductores), para dar lugar a un único detector multipropósito para el LHC. El diseño de ATLAS es una combinación de ambos experimentos, además de ideas aportadas durante el diseño e investigación del Supercolisionador superconductor. El ATLAS tal y como está ahora se concibió en 1994, y obtuvo la financiación oficial a principios de 1995. Otros países, laboratorios y universidades se unieron al proyecto en los años siguientes, e incluso en la actualidad ( 2007) se siguen sumando participantes. Los trabajos de montaje empezaron en cada grupo de forma individual, y en 2003 comenzaron los trabajos de montaje in situ.

El ATLAS es un detector multipropósito. Cuando los haces de protones producidos por el acelerador interactúen en el centro del detector, se producirán una serie de partículas con un amplio rango de energías. Más que centrarse en un determinado tipo de partículas, el ATLAS se ha diseñado para que mida el mayor intervalo posible de energías. Se pretende que, sea cual sea el proceso producido o las partículas generadas, el ATLAS sea capaz de detectarlas y medir sus propiedades. Experimentos anteriores, como el Tevatrón y el LEP, fueron diseñados con un propósito similar. Sin embargo, las condiciones únicas de operación del ATLAS (energías nunca vistas y un ritmo de colisiones extremadamente elevado) hacen de su diseño el más complejo hasta la fecha.

Base teórica

Experimento ATLAS, en construcción en octubre de 2004; el estado actual puede consultarse aquí. Compárese el tamaño del detector con las personas del fondo.

El primer ciclotrón, uno de los primeros aceleradores de partículas, fue creado por Ernest O. Lawrence en 1931, con un radio de pocos centímetros y energías de hasta 1 MeV. Desde entonces, los aceleradores han ido creciendo enormemente en tamaño y energía buscando generar partículas de mayores masas. Junto al crecimiento de los aceleradores ha ido aumentando la lista de partículas conocidas. El modelo que se usa en la actualidad, muy probado y sólido, es el Modelo Estándar; se han detectado todas las partículas que lo forman, excepto el Bosón de Higgs. El Modelo Estándar se cree que no funciona a energías por encima de la máxima producida en la actualidad, 1 TeV (en el Tevatrón). Se espera que la teoría más-allá-del-Modelo-Estándar, idéntida al Modelo Estándar a las energías asequibles en la actualidad, describa partículas a energías muy superiores. Muchas de estas teorías predicen partículas de masa mucho mayor. El LHC, de 27 km de circunferencia, colisionará dos haces de protones a energías siete millones de veces superiores al del primer acelerador. Será capaz de producir partículas diez veces más pesadas que las actuales, si existen.

Aparte de producir dichas partículas, éstas deben ser observadas, y esa es la tarea de los detectores. Desde los años 70, los detectores se diseñan en capas, como las cebollas, capas que rodean el punto de interacción (donde colisionan ambos haces). Cada capa es diferente, y permiten detectar el tipo de partícula, su energía (masa) y su momento. Conforme crece la energía de las nuevas partículas generadas, los nuevos detectores deben ser capaces de frenarlas y medirlas. Así, el ATLAS es el mayor detector hasta la fecha, capaz de medir las propiedades de las muy masivas partículas generadas en el LHC.

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