Organización Europea de Investigación Nuclear, Frontera Francia-Suiza

La Organización Europea para la Investigación Nuclear, también llamada Laboratorio Europeo de Física de Partículas y comúnmente conocida por el acrónimo CERN o Cern (del nombre del Consejo Europeo de Investigación Nuclear, un organismo provisional establecido en 1952), es la partícula más grande centro de física del mundo. Se encuentra a pocos kilómetros de Ginebra, Suiza, a caballo entre la frontera franco-suiza, en los municipios de Meyrin, Prévessin-Moëns y Saint-Genis-Pouilly.

El CERN tiene como objetivo comprender mejor de qué está hecho el Universo y cómo funciona. Para ello, el CERN proporciona a los científicos un complejo, único en el mundo, de aceleradores de partículas que les permite traspasar los límites del conocimiento humano. Fundado en 1954, el Laboratorio se ha convertido en un ejemplo notable de colaboración internacional. Nuestra misión es: proporcionar un complejo único de aceleradores de partículas que permita la investigación a la vanguardia del conocimiento humano; realizar investigaciones de clase mundial en física fundamental; unir a personas de todo el mundo para ampliar los límites de la ciencia y la tecnología en beneficio de todos.

CERN, establecida en 1954, la organización tiene su sede en un suburbio del noroeste de Ginebra en la frontera entre Francia y Suiza y tiene 23 estados miembros. Israel es el único país no europeo al que se le ha concedido una membresía de pleno derecho. El CERN es un observador oficial de las Naciones Unidas. El acrónimo CERN también se utiliza para referirse al laboratorio, que en 2016 contaba con 2.500 funcionarios científicos, técnicos y administrativos, y albergaba a unos 12.000 usuarios.

La función principal del CERN es proporcionar los aceleradores de partículas y otra infraestructura necesaria para la investigación de la física de alta energía; como resultado, se han construido numerosos experimentos en el CERN a través de colaboraciones internacionales. El sitio principal de Meyrin alberga una gran instalación informática, que se utiliza principalmente para almacenar y analizar datos de experimentos, así como para simular eventos. Los investigadores necesitan acceso remoto a estas instalaciones, por lo que el laboratorio ha sido históricamente un importante centro de red de área amplia. El CERN es también el lugar de nacimiento de la World Wide Web.

Historia
La convención por la que se crea el CERN fue ratificada el 29 de septiembre de 1954 por 12 países de Europa Occidental. El acrónimo CERN originalmente representaba las palabras en francés para Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (Consejo Europeo de Investigación Nuclear), que era un consejo provisional para la construcción del laboratorio, establecido por 12 gobiernos europeos en 1952. El acrónimo se mantuvo para el nuevo laboratorio después de el consejo provisional se disolvió, aunque el nombre cambió a la actual Organización Européenne pour la Recherche Nucléaire (Organización Europea para la Investigación Nuclear) en 1954. Según Lew Kowarski, ex director del CERN, cuando se cambió el nombre, la abreviatura podría se han convertido en los incómodos OERN, y Werner Heisenberg dijo que esto podría “seguir siendo CERN incluso si el nombre lo es”.

El primer presidente del CERN fue Sir Benjamin Lockspeiser. Edoardo Amaldi fue secretario general del CERN en sus primeras etapas cuando las operaciones aún eran provisionales, mientras que el primer Director General (1954) fue Felix Bloch.

El laboratorio se dedicó originalmente al estudio de núcleos atómicos, pero pronto se aplicó a la física de energías superiores, que se ocupaba principalmente del estudio de las interacciones entre partículas subatómicas. Por lo tanto, el laboratorio operado por el CERN se conoce comúnmente como el laboratorio europeo de física de partículas (Laboratoire européen pour la physique des particules), que describe mejor la investigación que se realiza allí.

Miembros fundadores
En la sexta sesión del Consejo del CERN, que tuvo lugar en París del 29 de junio al 1 de julio de 1953, la convención que establece la organización fue firmada, sujeta a ratificación, por 12 estados. La convención fue ratificada gradualmente por los 12 Estados miembros fundadores: Bélgica, Dinamarca, Francia, República Federal de Alemania, Grecia, Italia, Países Bajos, Noruega, Suecia, Suiza, Reino Unido y Yugoslavia.

Descubrimientos
En 1983, la teoría electrodébil está casi completamente confirmada, las fuerzas débiles y electromagnéticas están casi unificadas. También es este año, 13 de septiembre, que comienza el primer trabajo de LEP. En 1984, Carlo Rubbia y Simon van der Meer recibieron el Premio Nobel de Física en octubre por su descubrimiento sobre la fuerza electrodébil. Tras la inauguración de la LEP en 1989, se confirman las predicciones de la teoría sobre la fuerza electrodébil, en particular la existencia de partículas cargadas (bosones W) cuya masa es aproximadamente 80 veces la del protón así como una partícula neutra (el bosón Z ) cuya masa es aproximadamente 91 veces la del protón.

Entre 1989 y 1990, Tim Berners-Lee, junto con Robert Cailliau, diseñó y desarrolló un sistema de información de hipertexto, la World Wide Web.

En 1992, Georges Charpak recibió el Premio Nobel de Física por el trabajo realizado en el CERN en 1968 (desarrollo de la cámara proporcional multihilo).

El 18 de noviembre de 2010, los investigadores anuncian que han logrado atrapar átomos de antihidrógeno por primera vez en un campo magnético.

El 4 de julio de 2012, se identifica una nueva partícula, cuyas propiedades parecen compatibles con las del bosón de Higgs como lo describe la teoría. Resultados adicionales de este experimento procesados ​​durante 2013 confirmaron que esta nueva partícula elemental es un bosón de Higgs, cuyas propiedades son hasta ahora compatibles con las descritas por Standard Model. El Premio Nobel de Física fue otorgado en 2013 a los físicos teóricos François Englert y Peter Higgs por su trabajo teórico sobre esta partícula, prediciendo su existencia a partir de la década de 1960.

Logros científicos
Se han logrado varios logros importantes en física de partículas a través de experimentos en el CERN. Incluyen:

1973: El descubrimiento de corrientes neutras en la cámara de burbujas de Gargamelle;
1983: El descubrimiento de los bosones W y Z en los experimentos UA1 y UA2;
1989: La determinación del número de familias de neutrinos ligeros en el Gran Colisionador de Electrones y Positrones (LEP) que opera en el pico del bosón Z;
1995: La primera creación de átomos de antihidrógeno en el experimento PS210;
1999: El descubrimiento de la violación directa de CP en el experimento NA48;
2010: El aislamiento de 38 átomos de antihidrógeno;
2011: mantenimiento del antihidrógeno durante más de 15 minutos;
2012: Un bosón con una masa de alrededor de 125 GeV / c2 consistente con el bosón de Higgs tan buscado.
En septiembre de 2011, el CERN atrajo la atención de los medios cuando la Colaboración OPERA informó sobre la detección de neutrinos posiblemente más rápidos que la luz. Otras pruebas mostraron que los resultados eran defectuosos debido a un cable de sincronización GPS conectado incorrectamente.

El Premio Nobel de Física de 1984 fue otorgado a Carlo Rubbia y Simon van der Meer por los desarrollos que resultaron en el descubrimiento de los bosones W y Z. El Premio Nobel de Física de 1992 fue otorgado al investigador del CERN Georges Charpak “por su invención y desarrollo de detectores de partículas, en particular la cámara proporcional de múltiples cables”. El Premio Nobel de Física 2013 fue otorgado a François Englert y Peter Higgs por la descripción teórica del mecanismo de Higgs en el año posterior a que los experimentos del CERN encontraron el bosón de Higgs.

Ciencias de la Computación
La World Wide Web comenzó como un proyecto del CERN llamado INQUIRE, iniciado por Tim Berners-Lee en 1989 y Robert Cailliau en 1990. Berners-Lee y Cailliau fueron honrados conjuntamente por la Association for Computing Machinery en 1995 por sus contribuciones al desarrollo de la Red mundial.

Basado en el concepto de hipertexto, el proyecto tenía como objetivo facilitar el intercambio de información entre investigadores. El primer sitio web se activó en 1991. El 30 de abril de 1993, el CERN anunció que la World Wide Web sería gratuita para cualquier persona. Una copia de la primera página web original, creada por Berners-Lee, todavía se publica en el sitio web del World Wide Web Consortium como documento histórico.

Antes del desarrollo de la Web, el CERN fue pionero en la introducción de la tecnología de Internet a principios de la década de 1980.

Más recientemente, el CERN se ha convertido en una instalación para el desarrollo de la computación en red, albergando proyectos que incluyen Enabling Grids for E-sciencE (EGEE) y LHC Computing Grid. También alberga el CERN Internet Exchange Point (CIXP), uno de los dos principales puntos de intercambio de Internet en Suiza.

Aceleradores de partículas

Complejo actual
El CERN opera una red de seis aceleradores y un desacelerador. Cada máquina de la cadena aumenta la energía de los haces de partículas antes de enviarlos a experimentos o al siguiente acelerador más potente. Actualmente (a partir de 2019) las máquinas activas son:

El acelerador lineal LINAC 3 genera partículas de baja energía. Proporciona iones pesados ​​a 4,2 MeV / u para inyección en el anillo de iones de baja energía (LEIR).
El Proton Synchrotron Booster aumenta la energía de las partículas generadas por el acelerador lineal de protones antes de que se transfieran a los otros aceleradores.
El anillo de iones de baja energía (LEIR) acelera los iones del acelerador lineal de iones LINAC 3, antes de transferirlos al sincrotrón de protones (PS). Este acelerador se puso en servicio en 2005, después de haber sido reconfigurado del anterior Anillo Antiprotón de Baja Energía (LEAR).
El sincrotrón de protones (PS) de 28 GeV, construido entre 1954 y 1959, sigue funcionando como alimentador del SPS más potente.
El Super Proton Synchrotron (SPS), un acelerador circular con un diámetro de 2 kilómetros construido en un túnel, que comenzó a funcionar en 1976. Fue diseñado para entregar una energía de 300 GeV y gradualmente fue actualizado a 450 GeV. Además de tener sus propias líneas de luz para experimentos con objetivos fijos (actualmente COMPASS y NA62), se ha operado como un colisionador protón-antiprotón (el colisionador SppS) y para acelerar electrones y positrones de alta energía que se inyectaron en el electrón grande. –Positron Collider (LEP). Desde 2008, se ha utilizado para inyectar protones e iones pesados ​​en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC).
El Separador de masa de isótopos en línea (ISOLDE), que se utiliza para estudiar núcleos inestables. Los iones radiactivos son producidos por el impacto de protones a una energía de 1.0-1.4 GeV del Proton Synchrotron Booster. Se puso en servicio por primera vez en 1967 y se reconstruyó con importantes mejoras en 1974 y 1992.
Antiproton Decelerator (AD), que reduce la velocidad de los antiprotones a aproximadamente el 10% de la velocidad de la luz para la investigación de la antimateria.
El experimento AWAKE, que es una prueba de principio de acelerador de campo de despertador de plasma.
La instalación de investigación y desarrollo del acelerador del Acelerador de Electrones Lineales para Investigación (CLEAR) del CERN.

Gran Colisionador de Hadrones
Muchas actividades en el CERN involucran actualmente la operación del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) y los experimentos para ello. El LHC representa un proyecto de cooperación científica mundial a gran escala.

El túnel del LHC se encuentra a 100 metros bajo tierra, en la región entre el Aeropuerto Internacional de Ginebra y las cercanas montañas del Jura. La mayor parte de su longitud está en el lado francés de la frontera. Utiliza el túnel circular de 27 km de circunferencia que anteriormente ocupaba el Gran Colisionador de Electrones y Positrones (LEP), que se cerró en noviembre de 2000. Los complejos aceleradores PS / SPS existentes del CERN se utilizan para preacelerar protones e iones de plomo que luego se inyectan en el LHC.

Ocho experimentos (CMS, ATLAS, LHCb, MoEDAL, TOTEM, LHCf, FASER y ALICE) se encuentran a lo largo del colisionador; cada uno de ellos estudia las colisiones de partículas desde un aspecto diferente y con diferentes tecnologías. La construcción de estos experimentos requirió un extraordinario esfuerzo de ingeniería. Por ejemplo, se alquiló una grúa especial a Bélgica para bajar las piezas del detector CMS a su caverna, ya que cada pieza pesaba casi 2.000 toneladas. El primero de los aproximadamente 5.000 imanes necesarios para la construcción se bajó por un eje especial a las 13:00 GMT del 7 de marzo de 2005.

El LHC ha comenzado a generar grandes cantidades de datos, que el CERN transmite a los laboratorios de todo el mundo para su procesamiento distribuido (haciendo uso de una infraestructura de red especializada, la red informática del LHC). Durante abril de 2005, una prueba transmitió con éxito 600 MB / sa siete sitios diferentes en todo el mundo.

Los haces de partículas iniciales se inyectaron en el LHC en agosto de 2008. El primer haz se hizo circular por todo el LHC el 10 de septiembre de 2008, pero el sistema falló 10 días después debido a una conexión magnética defectuosa y se detuvo para realizar reparaciones el 19 de septiembre de 2008. .

El LHC reanudó su funcionamiento el 20 de noviembre de 2009 al hacer circular con éxito dos haces, cada uno con una energía de 3,5 teraelectronvoltios (TeV). El desafío para los ingenieros fue entonces tratar de alinear las dos vigas para que chocaran entre sí. Esto es como “disparar dos agujas a través del Atlántico y hacer que se golpeen entre sí”, según Steve Myers, director de aceleradores y tecnología.

El 30 de marzo de 2010, el LHC colisionó con éxito dos haces de protones con 3,5 TeV de energía por protón, lo que resultó en una energía de colisión de 7 TeV. Sin embargo, esto fue solo el comienzo de lo que se necesitaba para el esperado descubrimiento del bosón de Higgs. Cuando terminó el período experimental de 7 TeV, el LHC se aceleró a 8 TeV (4 TeV por protón) a partir de marzo de 2012, y pronto comenzaron las colisiones de partículas con esa energía. En julio de 2012, los científicos del CERN anunciaron el descubrimiento de una nueva partícula subatómica que más tarde se confirmó que era el bosón de Higgs. En marzo de 2013, el CERN anunció que las mediciones realizadas en la partícula recién encontrada le permitieron concluir que se trata de un bosón de Higgs. A principios de 2013, el LHC se desactivó por un período de mantenimiento de dos años, para fortalecer las conexiones eléctricas entre los imanes dentro del acelerador y para otras actualizaciones.

El 5 de abril de 2015, después de dos años de mantenimiento y consolidación, el LHC se reinició para una segunda ejecución. La primera rampa a la energía récord de 6,5 TeV se realizó el 10 de abril de 2015. En 2016, la tasa de colisión de diseño se superó por primera vez. Un segundo período de cierre de dos años comenzó a fines de 2018.

Aceleradores en construcción
A partir de octubre de 2019, la construcción está en curso para mejorar la luminosidad del LHC en un proyecto llamado High Luminosity LHC (HL-LHC). Este proyecto debería ver el acelerador LHC actualizado para 2026 a un orden de magnitud mayor de luminosidad.

Como parte del proyecto de actualización HL-LHC, también se están mejorando otros aceleradores del CERN y sus subsistemas. Entre otros trabajos, se dio de baja el inyector acelerador lineal LINAC 2, para ser reemplazado por un nuevo inyector acelerador, el LINAC 4 en 2020.

Aceleradores fuera de servicio
El acelerador lineal original LINAC 1. Operado 1959–1992.
El inyector de acelerador lineal LINAC 2. Protones acelerados a 50 MeV para inyección en el Proton Synchrotron Booster (PSB). Operado 1978-2018.
El Synchro-Cyclotron (SC) de 600 MeV que comenzó a funcionar en 1957 y se cerró en 1991. Se convirtió en una exhibición pública en 2012-2013.
The Intersecting Storage Rings (ISR), uno de los primeros colisionadores construido entre 1966 y 1971 y que funcionó hasta 1984.
El Gran Colisionador de Electrones y Positrones (LEP), que operó de 1989 a 2000 y fue la máquina más grande de su tipo, se encuentra en un túnel circular de 27 km de largo que ahora alberga el Gran Colisionador de Hadrones.
El complejo de aceleradores LEP Pre-Injector (LPI), que consta de dos aceleradores, un acelerador lineal llamado LEP Injector Linac (LIL; en sí mismo consta de dos aceleradores lineales consecutivos llamados LIL V y LIL W) y un acelerador circular llamado Electron Acumulador de positrones (EPA). El propósito de estos aceleradores era inyectar haces de positrones y electrones en el complejo de aceleradores del CERN (más precisamente, en el sincrotrón de protones), para enviarlos a la LEP después de muchas etapas de aceleración. Operativo 1987-2001; después del cierre de LEP y la finalización de experimentos que fueron alimentados directamente por LPI, la instalación de LPI se adaptó para ser utilizada por CLIC Test Facility 3 (CTF3).
El Anillo de Antiprotón de Baja Energía (LEAR), encargado en 1982, que ensambló las primeras piezas de verdadera antimateria, en 1995, que consta de nueve átomos de antihidrógeno. Fue cerrado en 1996 y reemplazado por Antiproton Decelerator. El propio aparato LEAR se reconfiguró en el amplificador de iones de anillo de iones de baja energía (LEIR).
El Compact Linear Collider Test Facility 3 (CTF3), que estudió la viabilidad del futuro proyecto de colisionador lineal de conducción normal (el colisionador CLIC). En funcionamiento 2001–2016. Una de sus líneas de luz se ha convertido, a partir de 2017, en la nueva instalación del CERN Linear Electron Accelerator for Research (CLEAR).

Posibles aceleradores futuros
El CERN, en colaboración con grupos de todo el mundo, está investigando dos conceptos principales para los aceleradores del futuro: un colisionador lineal de electrones y positrones con un nuevo concepto de aceleración para aumentar la energía (CLIC) y una versión más grande del LHC, un proyecto que actualmente se denomina Future Circular Collider. .

Instalaciones
El CERN no opera un solo acelerador de partículas para estudiar la estructura de la materia, sino una cadena completa de otras máquinas (a veces llamadas inyectores). Las partículas que las atraviesan sucesivamente se aceleran progresivamente, dando así a las partículas cada vez más energía. Este complejo incluye actualmente varios aceleradores lineales y circulares.

Los edificios que componen el complejo científico están numerados sin lógica aparente. Por ejemplo, el edificio 73 está encajado entre los edificios 238 y 119. La pluralidad de idiomas y nacionalidades (más de 80) dentro del CERN inspiró en parte a Cédric Klapisch en la creación de la película L’Auberge Espagnol.

Cadena de aceleradores de partículas alrededor del LHC
La instalación más poderosa del CERN es el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), que se puso en marcha el 10 de septiembre de 2008 (inicialmente previsto para noviembre de 2007). El LHC está al final de la cadena del acelerador. En el caso de una aceleración de protones, toman el siguiente camino:

Todo comienza con una fuente de protones llamada “duoplasmatron”. Esta máquina, del tamaño de una lata, utiliza hidrógeno para producir protones con una energía inicial de 100 k eV (el núcleo del hidrógeno ordinario está formado por un solo protón). Este gas, procedente de una botella, se inyecta a una velocidad controlada en la cámara de la fuente, donde se ioniza para extraer el único electrón de cada átomo. Los protones resultantes luego son expulsados ​​por un campo eléctrico al siguiente paso.

Acelerador lineal de protones Linac-2, que se puso en servicio en 1978. Constituye (junto con la fuente de protones) el primer eslabón de la cadena, es la instalación más utilizada en el CERN; su tasa de disponibilidad es del 98 al 99% y su cierre está programado para alrededor de 2017 cuando será reemplazado por Linac-4. El Linac-2 acelera los protones a un tercio de la velocidad de la luz, lo que da como resultado una energía de 50 MeV por partícula.

En la salida de Linac-2, los protones se inyectan en el PS-Booster. Es un pequeño sincrotrón con una circunferencia de 157 my que lleva la energía a 1,4 GeV por protón, lo que corresponde al 91,6% de la velocidad de la luz. Luego, los protones se inyectan en el PS.

El PS o Sincrotrón de Protones, con una circunferencia de 628 metros, y equipado con 277 electroimanes incluidos 100 dipolos que se utilizan para curvar el haz de partículas. Es uno de los equipos más antiguos del CERN, ya que se puso en marcha en noviembre de 1959, pero ha sufrido múltiples modificaciones desde entonces. Esta máquina se utiliza actualmente para acelerar protones pero también iones. Durante su carrera, también actuó como acelerador de antiprotones, electrones y positrones (antielectrones). Aumenta la energía de los protones hasta 25 GeV, acelerándolos al 99,9% de la velocidad de la luz. A partir de este paso, el aumento de velocidad deja de ser significativo porque nos acercamos al de la luz que constituye, según la teoría de la relatividad, un límite insuperable. El aumento de la energía de las partículas es ahora principalmente el resultado de un aumento de su masa.

El Super Proton Synchrotron (SPS), con una circunferencia de 7 km, equipado con 1317 electroimanes, incluidos 744 dipolos. Impulsa protones a 450 GeV. Fue comisionado en 1976 como un acelerador simple, Collider reconvertido protón-antiprotón en 1983, antes de convertirse en una nueva cadena de inyectores a partir de 1989 para el LEP, luego para su reemplazo, el LHC. Al igual que el PS, el SPS ha acelerado diversas partículas durante su carrera (protones, antiprotones, iones más o menos masivos, electrones, positrones). Desde el inicio del LHC, el SPS solo funciona con protones o iones.

Y finalmente el LHC o Gran Colisionador de Hadrones (Large Hadron Collider, en francés), con una circunferencia de 26.659 km, utilizando superconductores, y donde los protones pueden alcanzar los 7 TeV (es decir, un nivel de energía por partícula 70 millones de veces mayor que el producido por el fuente duoplasmatron).

Como parte del experimento ALICE, el LHC también acelera los iones de plomo, y para este último el curso es ligeramente diferente: producido por una “fuente ECR” de plomo vaporizado y luego ionizado, los iones de plomo experimentan su primera aceleración en el Linac-3 lineal. acelerador, luego pasan a través del LEIR (anillo de iones de baja energía). Solo entonces los iones siguen el mismo camino que los protones, a través del PS, el SPS y el LHC (la fuente ECR, Linac-3 y LEIR reemplazan al duoplasmatron, Linac-2 y “Booster” respectivamente). A medida que se aceleran, estos iones son despojados de sus electrones en varias etapas, hasta que todo lo que queda son núcleos atómicos “desnudos” que pueden alcanzar una energía de 574 TeV cada uno (es decir, 2, 76 TeV por nucleón).

Cada instalación del CERN tiene una o más salas experimentales, disponibles para experimentos. Así es como los protones acelerados del Booster, el PS y el SPS pueden dirigirse al siguiente acelerador de la cadena o a áreas experimentales, la mayoría de las veces con un objetivo fijo (colisión entre los haces y un objetivo para producir nuevas partículas).

Otras instalaciones y experimentos del CERN
Aunque el LHC es actualmente la instalación más grande y más publicitada, otros equipos y trabajos de investigación están presentes en el CERN.

AD, el desacelerador antiprotón
El desacelerador de antiprotones (en) es un dispositivo destinado a producir antiprotones de baja energía. En efecto, durante su creación (por impacto de protones, provenientes del PS, sobre un objetivo metálico) los antiprotones suelen tener una velocidad demasiado alta para poder ser explotados durante ciertos experimentos, y además sus trayectorias y sus energías son dispares. El desacelerador antiprotón se construyó para recuperar, controlar y, en última instancia, ralentizar estas partículas a aproximadamente un 10% de la velocidad de la luz. Para ello, utiliza electroimanes y potentes campos eléctricos. Una vez “domesticados”, estos antiprotones se pueden utilizar en otros experimentos:

ACE (Antiproton Cell Experiment): un experimento que estudia la efectividad de los antiprotones para combatir el cáncer, inyectando un haz de estas partículas en células vivas in vitro. La energía liberada, por la aniquilación entre los antiprotones inyectados y los protones de los núcleos atómicos, destruirá las células. El objetivo es poder destruir los tumores cancerosos proyectando antiprotones en ellos, un método que sería más ventajoso que otras terapias con haces de partículas porque es menos dañino para el tejido sano. Los primeros resultados son prometedores, pero no se esperan aplicaciones médicas hasta dentro de diez años.

ALPHA y ATRAP: el objetivo de estos experimentos es estudiar las diferencias de propiedades entre la materia y la antimateria. Para ello, se crean átomos de antihidrógeno (compuestos por un antiprotón y un positrón) y luego se comparan sus características con las de los átomos de hidrógeno ordinarios.

ASACUSA: Este experimento tiene el mismo objetivo que los dos anteriores, pero con un método diferente. En lugar de utilizar átomos de antihidrógeno, los físicos de ASACUSA producirán configuraciones mucho más exóticas, como el helio antiprotónico, es decir, átomos de helio de los que se ha reemplazado uno de los electrones. por un antiprotón! (recordatorio: el antiprotón tiene una carga eléctrica negativa, como el electrón). La ventaja de estas configuraciones es que son más fáciles de producir y tienen una vida útil más larga que el antihidrógeno.

AEgIS: experimento cuyo principal objetivo es comprobar si los efectos de la gravedad sobre la antimateria son idénticos (o no) a los que ejerce sobre la materia. Se consideran varias hipótesis, incluida la posibilidad de que para la antimateria el efecto de la gravedad se invierta.

EMITIR
C ERN A ction S olar T telescopio (Telescopio para axiones solares CERN). Un instrumento para detectar hipotéticas laxiones del sol.

Los axiones son partículas de las que se sospecha que forman parte de la materia oscura, lo que también explicaría el origen de las pequeñas diferencias observadas entre materia y antimateria, de ahí el interés en investigar su existencia. El principio de funcionamiento de CAST es colocar un potente campo magnético en el camino de estas partículas, dentro de tubos de vacío correctamente orientados, que debe tener el efecto de transformarlos en rayos X cuando lo atraviesan. Es esta radiación de rayos X, más fácilmente detectable que los propios axiones, la que se pretende registrar. Si los axiones existen, es probable que estén presentes en el centro de nuestra estrella, es por ello que CAST es un telescopio que apunta en dirección al Sol gracias a una plataforma móvil.

Tenga en cuenta que este experimento reutiliza una cierta cantidad de componentes ya existentes: un prototipo de un imán dipolo superconductor que se utilizó para el diseño del LHC, un dispositivo de enfriamiento criogénico que se utilizó para el experimento DELPHI del colisionador grande de electrones y positrones (LEP ) y un sistema de enfoque de rayos X de un programa espacial. Combinando técnicas de la astronomía y la física de partículas, CAST es también el único experimento que no utiliza un rayo producido por aceleradores, pero sin embargo se beneficia de las habilidades adquiridas por el CERN.

NUBE
C ósmicos Gotas de salida o de la puerta (Rayos cósmicos que producen gotas externas)

CLOUD (in) está previsto para qu’exerceraient investigar una posible influencia de los rayos cósmicos en la formación de nubes. De hecho, estas partículas cargadas procedentes del espacio podrían producir nuevos aerosoles que afectarían al espesor de la capa de nubes. Las mediciones de satélite nos permiten sospechar una correlación entre el grosor de las nubes y la intensidad de los rayos cósmicos. Sin embargo, variaciones de un pequeño porcentaje en la cobertura de nubes pueden tener una influencia definitiva en el clima y el equilibrio térmico de nuestro planeta.

CLOUD, aún en fase preparatoria con un detector prototipo, constará de una cámara de niebla y una “cámara de reacción” en la que se podrán reconstituir las condiciones de presión y temperatura de cualquier región de la atmósfera, y que será sometida a un flujo de partículas. producido por el PS simulando rayos cósmicos. Múltiples dispositivos monitorearán y analizarán el contenido de estas cámaras. Esta es la primera vez que se utiliza un acelerador de partículas para el estudio de la atmósfera y el clima. Esta experiencia podría “alterar significativamente nuestra comprensión de las nubes y el clima”.

BRÚJULA
Aparato de Co mmon M uon y P roton para Es tructura y Espectroscopia

Este versátil experimento consiste en explorar la estructura de los hadrones (de los que forman parte el protón y el neutrón, constituyentes de la materia de la que estamos hechos), y por tanto los vínculos entre los gluones y los quarks que los componen. Para ello utiliza protones acelerados por el SPS. Los diversos objetivos son entre otros:

estudiar el origen del espín nucleón, en particular el papel que juegan los gluones. Para ello, se crean muones (partículas inestables, comparables al electrón pero más masivas) que se proyectan sobre un “objetivo polarizado”;

detección de bolas de pegamento, partículas hipotéticas compuestas únicamente por gluones;

determinación de la jerarquía de los diferentes tipos de hadrones, mediante la creación y luego el uso de un haz de piones.

CTF3
C LIC T es F acilidad 3. Un sitio de prueba donde el CERN ya se está preparando después del LHC, como parte del proyecto Compact Linear Collider (CLIC).

El objetivo es desarrollar un acelerador de última generación, el CLIC, que permitirá profundizar en los descubrimientos realizados por el LHC, pero por un coste y unas dimensiones de instalación relativamente razonables. El objetivo es conseguir una energía comparable a la obtenida en el LHC, pero esta vez con colisiones electrón / positrones (en lugar de colisiones protones / protones), lo que abrirá nuevas perspectivas.

El principio de funcionamiento del futuro CLIC se basa en un sistema de dos haces, que debería permitir producir campos de aceleración más elevados que los aceleradores anteriores, es decir, del orden de 100 a 150 MV / m. El haz principal será acelerado por potencia de radiofrecuencia, que será producida por un haz paralelo de electrones a menor energía pero con alta intensidad. Es la desaceleración de este “haz de conducción” lo que suministrará la energía utilizada para la aceleración del haz principal. Podríamos comparar este principio con el de un transformador eléctrico que produciría una corriente eléctrica de alto voltaje a partir de una corriente de voltaje más bajo, pero a costa de una caída en la intensidad.

DIRAC
DI mesón R elativistic A tomic C omplex (Complejo atómico relativista de di-mesones). Este experimento tiene como objetivo comprender mejor la fuerte interacción que une a los quarks, constituyendo así los hadrones. Más precisamente, se trata de probar el comportamiento de esta fuerza en distancias “grandes” y con poca energía.

Para ello DIRAC estudia la desintegración de átomos piónicos (o pionios, es decir conjuntos inestables de piones positivos y negativos), o de “” átomos (cada uno formado por un pión y un kaón de cargas opuestas, también inestables) . La vida útil de estos conjuntos exóticos, producidos gracias al haz de protones del PS, se “mide con un nivel de precisión nunca antes alcanzado”.

ISOLDE
Separador de isótopos en línea de tector (el separador de isótopos en línea (en))

Denominada “fábrica alquímica”, ISOLDE es una instalación que permite la producción y el estudio de una gran cantidad de isótopos inestables, algunos de los cuales tienen una vida media de sólo unos pocos milisegundos. Estos isótopos se producen por impacto de protones, provenientes del inyector de PS, sobre objetivos de diversas composiciones (desde helio hasta radio). Se separan por masa, luego se aceleran para que luego se puedan estudiar. Muchos de estos experimentos utilizan un detector de rayos gamma llamado “Miniball”.

ISOLDE busca así explorar la estructura del núcleo atómico esencialmente, pero también tiene otros objetivos en biología, astrofísica y otros campos de la física (atómica, estado sólido, física fundamental).

Un equipo de ISOLDE observó un efecto de calor anormal (AHE) durante un experimento de electrólisis con un electrodo de paladio, conocido desde 1989, y lo expone durante un seminario.

n_TOF
“La fábrica de neutrones”. Utilizando protones del PS, este equipo está destinado a producir neutrones con flujos de alta intensidad y una amplia gama de energías. La instalación denominada “tiempo de vuelo de neutrones” permite un estudio preciso de los procesos en los que intervienen estas partículas. Los resultados obtenidos son de interés para diversos proyectos de investigación en los que influyen los flujos de neutrones: la astrofísica nuclear (en particular, la evolución estelar y las supernovas); destrucción de desechos radiactivos; o el tratamiento de tumores mediante haces de partículas.

Aceleradores desmantelados
Desde su inauguración, el CERN ha utilizado varios aceleradores, algunos de los cuales han sido desmantelados para dar cabida a otros que son más eficientes o más adecuados para la investigación actual. Estos aceleradores son:

Linac1, el primer acelerador lineal del CERN, encargado en 1959 y reemplazado por Linac3 en 1993;

un sincrociclotrón (SC) de 600 MeV, que estuvo en servicio desde 1957 hasta 1991. Tenía un electroimán formado por dos bobinas de 7,2 metros de diámetro y un peso de 60 toneladas cada una;

CESAR, un “anillo de almacenamiento y acumulación de electrones”, terminado en 1963 y desmantelado en 1968. La puesta en servicio de CESAR fue difícil, pero permitió adquirir conocimientos útiles para el desarrollo de futuros colisionadores CERN;

los Anillos de Almacenamiento Intersectantes (ISR), construidos de 1966 a 1971 y en servicio hasta 1984. Fueron el primer colisionador de protones, que también fue el primer acelerador de partículas en usar imanes superconductores (desde noviembre de 1980), luego el primero en producir colisiones entre protones y antiprotones (en abril de 1981);

el Large Electron Positron (LEP), en servicio desde 1989 hasta 2000 para ser reemplazado por el LHC. LEP fue en su día el mayor acelerador del CERN, colisionando electrones y positrones;

el Low Energy Antiproton Ring (LEAR), encargado en 1982, que permitió ensamblar los primeros átomos de antimateria en 1995. Se cerró en 1996 para ser transformado en un LEIR (Low Energy Ion Ring) destinado a suministrar al LHC iones pesados.

Experimentos desmantelados

GNC
C ern N eutrinos a G ran S asso (Neutrinos del CERN al Gran Sasso).

Esta instalación consiste en producir un haz de neutrinos que se dirige a un laboratorio ubicado en Italia y a 732 kilómetros de distancia. Para hacer esto, los protones acelerados por el SPS se envían a un objetivo de grafito. Las colisiones resultantes producen partículas inestables llamadas piones y kaones, que se enfocan, mediante un dispositivo magnético, en un túnel de vacío de un kilómetro de largo donde se descomponen. Estas desintegraciones a su vez generaron muones y, sobre todo, neutrinos. Un escudo y luego la roca más allá del final del túnel absorben todas las partículas (muones, piones y kaones no descompuestos o protones que han atravesado el objetivo) que no sean neutrinos, que son, por lo tanto, los únicos que continúan su ruta. El conjunto está orientado de tal forma que el haz de neutrinos resultante se dirige a un laboratorio italiano ubicado en el Gran Sasso,

El objetivo de todo esto es estudiar el fenómeno de oscilación de los neutrinos .: De hecho, existen tres tipos (llamados sabores) de neutrinos, y ahora se acepta que estas partículas “oscilan” entre estos tres sabores, transformándose de uno a otro. otro. El CNGS permite el estudio de estas oscilaciones porque los neutrinos producidos son exclusivamente de sabor muónico, mientras que a nivel del Gran Sasso, y luego de un recorrido de 732 km dentro de la Tierra, algunos se habrán transformado en otros. sabores, que se pueden registrar. Los primeros rayos de neutrinos se emitieron en el verano de 2006. Dada la baja interactividad de los neutrinos y la escasez de sus oscilaciones, serán necesarios años de experimentación y recopilación de datos. En mayo de 2010 se observó el primer evento correspondiente a la oscilación de uno de los neutrinos producidos por CNGS. Esta instalación se cerró en diciembre de 2012 después de seis años de servicio. Los túneles del CERN utilizados para el CNGS ahora se utilizarán para albergar el experimento AWAKE (Advanced WAKefield Experiment) suministrado con protones por el SPS, que debería comenzar a operar a fines de 2016.

Protección del medio ambiente en el CERN
El control ambiental en el CERN se lleva a cabo, por un lado, por la unidad de HSE (Salud, Seguridad y Protección del Medio Ambiente) y, por otro lado, por dos organismos externos: la Oficina Federal de Salud Pública (Suiza) y el ‘Instituto de Protección Radiológica y seguridad nuclear (Francia). La FOPH ha puesto en marcha un programa de seguimiento del punto cero del CERN que tiene como objetivo obtener un punto de referencia de la situación radiológica alrededor del CERN antes de la puesta en servicio del Gran Colisionador de Hadrones.