Cómo afecta el vacío al colisionador de partículas más grande y potente del mundo 19 de octubre de 2020
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Situado muy por debajo de la frontera franco-suiza, se encuentra un enorme anillo de metal e imanes: el Large Hadron Collider (LHC), el colisionador de partículas más grande y potente del mundo.
Alojado a 100 metros bajo tierra en el CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire), el LHC está formado por un anillo de 27 kilómetros de imanes superconductores. El acelerador del colisionador permite que dos haces de partículas de energía extremadamente alta se desplacen en direcciones opuestas a velocidades cercanas a la luz antes de colisionar entre sí.
Vacío dentro del gran colisionador de hadrones
Una colisión exitosa y potente requiere que se mantengan niveles de vacío ultraelevados mientras se opera el LHC. A continuación se ofrece una visión general de los sistemas de vacío primarios utilizados en el colisionador.
Vacío del haz
Una colisión implica dos partículas que se “hacen” a altas velocidades en direcciones opuestas, con cada partícula en su propio tubo. Estos dos tubos deben mantenerse a niveles de vacío extremadamente altos para maximizar la duración del haz y mantener una presión baja para los experimentos. Esto se logra mediante lo que se conoce como vacío del haz.
Para ello se utilizan dos mecanismos de bombeo:
- Bombeo criogénico: las moléculas de gas residual se adsorben físicamente en la superficie fría del pozo a una temperatura de 1,9 K
- Bombeo de gotero no evaporable (NEG): las moléculas de gas residuales se adsorben químicamente en la superficie de los tubos del haz
Vacío aislante
Los imanes superconductores del LHC se enfrían con helio líquido a una temperatura de 1,9 K (aprox. -271 °C). El LHC utiliza un potente vacío para aislar térmicamente los imanes y, por lo tanto, mantener las temperaturas extremadamente bajas necesarias para una colisión exitosa.
Bombas dentro del gran colisionador de hadrones
Las tecnologías de bomba primaria empleadas en el colisionador son:
Bombas de captura de iones
Una bomba de iones es un tipo de bomba de vacío que funciona mediante pulverización catódica de un gotter metálico.
Bombas turbomoleculares
Las bombas turbomoleculares funcionan según el principio de que las moléculas de gas pueden someterse a colisiones repetidas con una superficie sólida en movimiento para alcanzar el impulso en la dirección deseada.
Ambos sistemas de bombeo deben tener la capacidad de tolerar altos niveles de radiación y campo magnético.
Posibles retos de mantenimiento
Uno de los principales retos a los que se enfrentó durante el montaje del LHC fue la detección de fugas: se debe garantizar la estanqueidad para que los grandes sistemas de vacío funcionen de forma fiable.
Una fuga puede hacer que la presión base suba por encima o por debajo de los niveles requeridos, lo que da como resultado la necesidad de un reprocesamiento significativo y costoso.
Actualizaciones futuras y el gran colisionador de hadrones de alta luminosidad
El LHC se está actualizando actualmente y su sucesor se conocerá como High Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC). Las actualizaciones comenzaron en junio de 2018 y se espera que se completen en 2027. Se espera que los cambios aumenten el rango de descubrimiento de nuevas partículas en alrededor del 20-30 % en comparación con el LHC actual y también extiendan la vida útil del LHC hasta 2040.
