Gran colisionador de hadrones

Las primeras colisiones se lograron en 2010 a una energía de 3,5 teraelectronvoltios (TeV) por haz, aproximadamente cuatro veces el récord mundial anterior, alcanzados en el Tevatron.Los haces se cruzan en cuatro puntos alrededor del anillo, que es donde tienen lugar las colisiones de partículas.Imanes multipolares superiores se utilizan para corregir las imperfecciones más pequeñas en la geometría del campo electromagnético.El hecho de refrigerar la instalación del LHC a temperaturas cercanas al cero absoluto tiene como objeto provocar la mínima excitación molecular posible, mejorando así la conducción de los protones y disminuyendo al máximo posibles interferencias.En total, tarda menos de 90 microsegundos (μs) para que un protón viaje 26,7 km alrededor del anillo principal.Esto da como resultado 11 245 revoluciones por segundo para los protones dentro del túnel circular, ya sea que las partículas tengan una energía baja o alta en el anillo principal o que la diferencia de velocidad entre estas energías esté más allá del quinto decimal.[43]​ En resumen, los siete detectores son: ATLAS, CMS, TOTEM, LHCb, LHCf, MoEDAL y FASER.El resumen de los detectores principales es el que sigue:[44]​ Los datos informáticos producidos por el LHC, así como la simulación relacionada con LHC, se estiman aproximadamente en 15 petabytes al año (el rendimiento máximo durante la ejecución no se ha especificado),[45]​ lo cual es un enorme desafío de computación en todo momento.Fue diseñado específicamente por el CERN para manejar el volumen masivo de datos informáticos producidos por los experimentos del LHC.Con esta información, los científicos pueden determinar cómo deben calibrarse los imanes para obtener la "órbita" más estable dentro de los haces del anillo.Esto se debe a que los imanes superconductores masivos requieren un entrenamiento considerable del imán para manejar correctamente las altas corrientes involucradas sin perder su capacidad superconductora y esas altas intensidades son necesarias para permitir una alta energía en la colisión de los protones.El proceso de "entrenamiento" implica encender repetidamente los imanes con corrientes bajas para evitar cualquier enfriamiento o movimientos diminutos que puedan producirse.[44]​ El CERN disparó con éxito una ráfaga de protones alrededor del túnel por etapas, tres kilómetros a la vez.[56]​[57]​[83]​ Poco después del incidente, el CERN informó que la causa más probable del problema era una conexión eléctrica defectuosa entre dos imanes y que, debido al tiempo necesario para calentar los sectores afectados y luego volver a enfriarlos a la temperatura de funcionamiento (recuérdese que el túnel debe ser enfriado casi a temperatura cercana al cero absoluto), tomaría al menos dos meses para arreglarlo.La energía almacenada en los imanes superconductores y el ruido eléctrico inducido en otros detectores de enfriamiento también desempeñaron un papel en el rápido sobrecalentamiento.[88]​ Sin embargo, debido a la demora causada por el incidente mencionado, el colisionador no estuvo operativo hasta noviembre de 2009.[93]​ Esto también marcó el inicio del programa principal de investigación para el cual se había diseñado en origen el LHC.[101]​ Las mejoras culminaron en el momento en el que logró colisionar protones con una energía combinada de 13 TeV.[108]​ Durante las primeras semanas solamente, unos pocos racimos de partículas estarán circulando en el LHC para depurar y validar la máquina.Los racimos aumentarán gradualmente durante las próximas semanas hasta que haya suficientes partículas en la máquina para iniciar las colisiones y comenzar a recopilar datos físicos.En un artículo presentado a Nature Physics, se describe cómo se ha utilizado el bosón Z, el portador eléctricamente neutro de la fuerza débil, para determinar la intensidad de la fuerza fuerte con una incertidumbre sin precedentes inferior al 1%.Los científicos del CERN estimaron que, si el Modelo Estándar fuera correcto, el LHC produciría varios bosones de Higgs cada minuto, permitiendo a los físicos finalmente confirmar o refutar la existencia del bosón de Higgs.[160]​ Estos nuevos hadrones exóticos (recordemos que hadrón es todo partícula compuesta por quarks, como, por ejemplo, los protones o neutrones, que constan de tres quarks y que componen los núcleos atómicos estables), pueden formarse por la unión de varios quarks y antiquarks de los posibles diferentes "sabores" posibles (up, down, charm, strange, top y bottom).Para más información detallada sobre esta discusión teórica, léanse los artículos sobre los piones, los tetraquarks y los pentaquarks.Es un paso más que consolida si cabe más todavía la física oficialmente predicha matemáticamente por el Modelo Estándar y, de algún modo, retrasa el descubrimiento de una nueva Física que explique fenómenos aún no conocidos.Una solución habitual es actualizar los dispositivos involucrados, aumentando la energía de colisión, la luminosidad o los detectores mejorados.[165]​ Dos revisiones de seguridad encargadas por el CERN examinaron estas preocupaciones y concluyeron que los experimentos en el LHC no presentan ningún peligro y que no hay motivos para preocuparse,[166]​[167]​[168]​ una conclusión respaldada por la American Physical Society.[183]​ El largometraje documental Particle Fever sigue a los físicos experimentales del CERN que realizan los experimentos, así como a los físicos teóricos que intentan proporcionar un marco conceptual para los resultados del LHC.La novela Ángeles y demonios, de Dan Brown, trata sobre la antimateria creada en el LHC para ser utilizada en un arma contra el Vaticano.El director, Ron Howard, se reunió con expertos del CERN en un esfuerzo por hacer que la ciencia en la historia de la película sea lo más precisa posible.