Dimarts 5 de juliol de 2022 ha començat el tercer període de presa de dades (Run 3) per als experiments de l'accelerador de partícules més potent del món, el Gran Col·lisionador d'Hadrons (LHC) del CERN, en el qual treballa activament l'Institut de Física Corpuscular (IFIC), centre mixt de la Universitat de València i el CSIC. El Run 3 ha multiplicat la capacitat d'acumulació de dades del Run 1, que va donar lloc al descobriment del Bosó de Higgs, la qual cosa obri el camí a nous descobriments.
Després de més de tres anys de treballs d'actualització, millores i manteniment, els feixos han estat circulant pel complex d'acceleradors del CERN des d'abril, amb el LHC i els seus injectors posats en marxa per a nous feixos de major intensitat i energia. Ara, el LHC està llest per a funcionar amb feixos estables, condició que permet als experiments encendre tots els seus subsistemes i començar a prendre les dades que s'utilitzaran per a l'anàlisi d'aquest nou període física. El LHC funcionarà les 24 hores del dia durant 4 anys aproximadament, a l'energia rècord de 13,6 bilions de electronvolts (TeV).
El Run 3 ha multiplicat molt significativament la capacitat d'acumulació de dades en comparació amb el Run 1, que va donar lloc al descobriment del Bosó de Higgs, la qual cosa suposa un canvi molt important i obri el camí a nous descobriments.
Els quatre grans experiments del LHC han dut a terme importants actualitzacions dels seus sistemes de lectura i selecció de dades, amb nous mecanismes de detecció i d'infraestructures informàtiques. Els detectors ATLAS i CMS esperen registrar més col·lisions durant el Run 3 que en els dos cicles de física anteriors junts. L'experiment LHCb s'ha renovat per complet i espera multiplicar per 10 la seua taxa de recollida de dades, mentre que ALICE aspira a multiplicar per 50 el nombre de col·lisions registrades.
Amb l'augment de les dades que es recolliran i l'augment de l'energia de les col·lisions, el Run 3 pretén ampliar encara més el ja divers programa de física del LHC: els científics de les diverses col·laboracions investigaran la naturalesa del bosó de Higgs amb una precisió sense precedents. Podran observar processos abans inaccessibles, i augmentarà la seua capacitat per a realitzar mesures més precises de processos ja coneguts que aborden qüestions fonamentals, com ara l'origen de l'asimetria matèria-antimatèria en l'univers. A més, s'espera que el personal investigador puga estudiar les propietats de la matèria en condicions extremes de temperatura i densitat. La comunitat científica també buscarà candidats a la matèria fosca i altres fenòmens nous, mitjançant cerques directes o indirectes, en aquest últim cas mesurant amb major precisió les propietats de les partícules ja conegudes.
Els experiments més xicotets del LHC –TOTEM, LHCf, MoEDAL amb el seu nou subdetector MAPP– i els recentment instal·lats FASER i SND@LHC també estan preparats per a explorar fenòmens dins i fora del Model Estàndard, des dels monopols magnètics, fins als neutrins i els raigs còsmics.
La participació del IFIC en el Run 3
Més d'una vintena de grups de recerca espanyols participen en projectes científics internacionals que treballen amb les dades recollides durant les col·lisions que succeeixen a l'interior del LHC. Concretament, l’IFIC porta temps posant a punt els detectors per a l'inici de la presa de dades i realitzant les millores d'alguns d'ells per completar les actualitzacions programades des de 2019 en els experiments d'ATLAS, LHCb i MoEDAL.
El grup ATLAS de l’IFIC centra el seu treball en l'estudi del bosó de Higgs o del quark més pesat (el quark top) a la cerca de física no prevista en el Model Estàndard, tant de manera directa com buscant xicotetes desviacions en processos coneguts. Carmen García, representant de l’IFIC en la Col·laboració ATLAS, comenta: “Estem ansiosos per començar aquesta nova etapa del LHC i veure què ens ofereix tant la nova energia com la major quantitat de dades que esperem acumular. Tenim un programa de treball molt extens que inclou, per exemple, entendre si el mecanisme de Higgs és també responsable de donar massa a partícules més lleugeres com els muons”.
El grup LHCb de l’IFIC basa la seua investigació en estudis de polarització, tant en processos rars amb fotons com en altres més abundants d'hadrons pesats, sensibles a noves teories i aspectes poc compresos de la interacció forta. El grup també està implicat en propostes per a estendre les cerques de partícules de llarga vida mitjana predites per noves teories, entre altres. “El nou detector LHCb, amb totes les seues millores i especialment el seu nou sistema de trigger altament flexible, permetrà dilucidar les anomalies observades i ampliar el programa de física del LHCb. Els pròxims anys seran excitants i de molta faena”, explica Fernando Martínez, investigador del LHCb a l’IFIC.
Per la seua banda, MoEDAL, coordinat per Vasiliki Mitsou des de l’IFIC, té com a objectiu la cerca de partícules molt exòtiques, monopols magnètics i partícules massives (SMPs).
L'ampli i prometedor programa científic previst per a aquesta nova temporada de física en el LHC manté a la comunitat espanyola expectant i entusiasmada. “Portem temps preparant-nos per a aquest nou i il·lusionant desafiament. El Run 3 proporcionarà una major sensibilitat a fenòmens encara no explorats, ens permetrà investigar amb més detall el camp de Higgs i esperem que aclarisca les anomalies observades en algunes desintegracions rares de quarks pesants”, explica Antonio Pich, director del Centre Nacional de Física de Partícules, Astropartícules i Nuclear (CPAN) i investigador de l’IFIC. I conclou: “Comencem un altre apassionant període d'experimentació que ens pot oferir grans sorpreses”.
Retransmissió en directe de l'inici del Run 3
El començament del Run 3 es retransmetrà en directe pel següent enllaç i a través dels canals i xarxes socials del CERN, a partir de les 16.00 hores (CEST). Els comentaris en directe en cinc idiomes (anglés, francés, alemany, italià i espanyol), realitzats des del Centre de Control del CERN, guiaran als espectadors a través de les diferents etapes d'operació de l'accelerador, des que els feixos són injectats en el LHC fins que aquests col·lideixen en els quatre punts d'interacció on es troben els detectors. La retransmissió en directe conclourà amb una sessió de preguntes i respostes amb experts de la comunitat del CERN.
Més informació del Run 3: https://home.cern/press/2022/run-3