En l'anotació anterior explicàvem que el proper 10 de setembre es posarà en marxa el gran col·lisionador d'hadrons (LHC, Large Hadron Collider), l'accelerador de partícules més potent del món, situat a les instal·lacions del CERN, el Laboratori Europeu de Partícules, a la frontera francosuïssa.
Vam dedicar aquella anotació a explicar algunes dades generals sobre aquest potentíssim instrument científic i sobre el Model Estàndard de la física de partícules, sobre quines teories de la física esperem poder explicar a partir dels resultats que obtinguem (bosó de Higgs, supersimetria, antimatèria, energia fosca...), quant costa tot plegat i quin retorn n'esperem rebre.
En aquesta segona anotació parlarem sobre el quatre detectors (CMS, ATLAS, LHCb i ALICE) situats en els els punts on col·lideixen les partícules, cadascun dels quals captarà les traces dels xocs de les partícules. Explicarem què aspirem a trobar a cadascun d'ells, i quins grups de recerca dels Països Catalans hi intervenen.
També explicarem com es gestionarà el gran volum d'informació resultant de les col·lisions mitjançant la tecnologia GRID. Aprofitarem l'avinentesa per rebatre les teories que especulaven amb la producció d'un forat negre que podria destruir la Terra (es poden formar microforats negres, com el simulat a la imatge que acompanya aquest post, sense cap tipus de perill).
I, finalment, tindrem un record per al professorat de l'àmbit de les partícules elementals que hi havia a la Universitat Autònoma de Barcelona a finals dels 80: tot el que sé d'aquesta matèria (i antimatèria) és gràcies a ells!
(Hi ha més info)
La importància dels detectors i del personal de recerca dels Països Catalans
Un cop l'LHC arrenqui, els experiments funcionaran de manera ininterrompuda 24 hores al dia durant mesos, fins que es produeixi una parada programada. Quan les partícules col·lisionin (a cada detector es produiran milions de col·lisions per segon), es desintegraran en d'altres partícules, i els detectors analitzaran l'energia, la trajectòria i la identitat de les noves partícules per deduir què ha esdevingut durant la col·lisió (després explicarem com analitzarem aquesta informació). De detectors, n'hi ha quatre, i cadascun té encomanada una missió:
-Detector CMS: dissenyat per identificar el bosó de Higgs, partícules supersimètriques, microforats negres i nous estats de la matèria densos i de molt alta energia. És el més pesat dels quatre detectors (pesa gairebé el doble que la torre Eiffel).
-Detector ATLAS: també aspira a detectar el bosó de Higgs (complementa la tasca del CMS). És el detector més gran de l'LHC (és tan gran com la nau central de la catedral de Notre-Dame). En aquest experiment, l'Institut de Física d'Altes Energies (IFAE) de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) col·labora en l'ensamblatge mecànic i òptic d'un endcap (o peça final) del calorímetre hadrònic. A més, el Centre Nacional de Microelectrònica i l'Institut de Microelectrònica de Barcelona, juntament a l'Institut de Física Corpuscular (Universitat de València) participen en la construcció de 280 mòduls de silici. La imatge que acompanya aquesta anotació pertany al detector ATLAS.
-Detector ALICE: dissenyat per analitzar la barreja de partícules elementals que hi havia immediatament després del big bang: el plasma de quarks i gluons. Tot i que pot analitzar col·lisions de protons, la seva missió principal és observar col·lisions de ions de matèries com ara plom o or, més pesats i que alliberen energies més elevades.
-Detector LHCb: dissenyat per esbrinar perquè l'univers està compost de matèria i no d'antimatèria. En aquest experiment, les proves d'electrònica i la caracterització d'uns fotodetectors anomenats MAPMT, el disseny i la producció són a càrrec de la Universitat de Barcelona (Grup de Física Experimental d'Altes Energies) i la Universitat Ramon Llull (Laboratori d'Instrumentació per a Física d'Altes Energies).
A més, cal destacar que el director del Comitè de Política Científica del CERN és l'investigador Enrique Fernández, de l'IFAE, un centre de recerca subvencionat per la Generalitat de Catalunya.
El tractament de les dades: la tecnologia GRID o arriba el web 5.0
Després que xoquin els feixos de protons entre sí, cada segon es produeixen milions de col·lisions. Les dades enregistrades pels detectors s'associaran per reproduir una fotografia de la col·lisió; entre els milers de fotos, cal detectar aquelles en què s'hagin generat partícules no observades fins aleshores per estudiar-les i entendre les propietats de la matèria sota aquelles energies. Es calcula que només 1 de cada 1.000.000.000.000 col·lisions pot tenir un cert interès. En termes informàtics, direm que la informació relativa a les col·lisions ve a ocupar 1.000.000 Gbytes/segon, de la qual només ens poden interessar 220 Mbytes/segon. Això es tradueix en el fet que caldria analitzar la informació continguda en un CD cada segon, o en un total de 15 milions de Gbytes que caldrà analitzar al final de les proves (això equival a una filera de 20 km de CD!!!) Com es pot analitzar tot aquest volum d'informació? Doncs mitjançant la distribució de les dades enregistrades a més de 150 centres de càlcul d'arreu del món, que utilitzaran la tecnologia GRID, una tecnologia que permet l'accés a les dades i la utilització de milers d'ordinadors de manera coordinada mitjançant la compartició de capacitat de càlcul.
El protocol http, que també es va crear en el CERN, permet la consulta, però no el processament de bases de dades distribuïdes geogràficament. Amb l'LHC tindrem la primera aplicació massiva de la tecnologia GRID. Totes les dades en brut residiran en un centre dintre del propi CERN. Posteriorment, hi ha onze centres de primer nivell d'arreu del món (europeus, nord-americans i asiàtics), anomenats de "fila u", en els quals residirà una còpia parcial de les dades brutes del CERN . La bona notícia és que la tecnologia GRID també porta accent català, ja que un d'aquests onze centres de primer nivell mundial és el Port d'Informació Científica (PIC), que es troba al campus de la UAB, i és un consorci format per la Generalitat de Catalunya, la UAB i l'IFAE, entre d'altres. Ben segur que en el futur l'experiència serà molt útil per a centres de recerca que hagin d'analitzar grans volums de dades, com ara instituts de biologia (per fer anàlisis de gens i proteïnes per al diagnòstic mèdic) o d'estudis climàtics.
Algunes persones expertes afirmen que l'ús del GRID ara està restringit al personal científic, però acabarà arribant a tothom, com va passar amb Internet: estem davant del que algunes persones expertes anomenen ‘web 5.0'.
És segur l'LHC? No es pot produir un gran espetec?
Sí, segur que es pot produir un gran espetec... a Osona, on fan una gran llonganissa! Però pel que fa referència a l'LHC, no hi ha res a témer. El més gran experiment de física es durà a terme sota unes escrupoloses mesures de seguretat, malgrat alguns sectors que han especulat amb la formació de miniforats negres o catàstrofes èpiques.
Les noves partícules o les noves formes de matèria que es produiran a l'LHC no poden provocar objectes dignes de ser considerats, i els objectes que es produeixin no causen cap mena de perjudici. No solament hi ha arguments teòrics sobre lleis físiques que ho refermin, sinó que cal tenir present el fet que col·lisions com les que esdevindran a l'LHC tenen lloc constantment a l'espai -i fins i tot al nostre voltant- de manera natural, sense que hàgim patit mai cap conseqüència catastròfica.
L'àmbit de les Partícules elementals a la UAB de finals dels 80
Vaig fer la carrera a la UAB a finals dels 80. Va ser una gran experiència humana i acadèmica: m'ho vaig passar molt bé. Voldria destacar el gran professor Albert Bramon, per endinsar-me en el terreny de la mecànica quàntica de manera amena i engrescadora durant dos cursos (tercer i quart); l'Antoni Méndez, docent de Partícules elementals a cinquè curs, introductor d'aquesta bella i excepcional teoria que és el Model Estàndard; l'Eduard Massó i en Josep Antoni Grífols, docents de Teoria quàntica de camps a cinquè curs, una altra teoria de gran profunditat intel·lectual; en Santi Peris, professor de problemes de mecànica quàntica... sempre rondinant perquè no fèiem els exercicis (ho sento , Santi, eren tan díficils!); i, especialment, l'Enrique Fernández, professor de Mecànica clàssica a quart i Física d'Altes Energies a cinquè. El Dr. Fernàndez ara és director del Comitè de Política Científica del CERN i està plenament involucrat en l'experiment de l'LHC. Vaig tenir oportunitat de saludar-lo ara fa uns mesos, en una d'aquestes excel·lents conferències que organitza la Societat Catalana de Física. Malgrat la seva categoria intel·lectual i professional, el Dr. Fernàndez és una persona senzilla, afable i francament assequible.
Epíleg
En aquestes dues anotacions hem volgut demostrar que, a banda de la rellevància de la física per a la medicina, la informàtica i altres camps, cal defensar també la principal motivació de l'LHC: comprendre per què l'univers és d'aquesta manera i no d'una altra. Pot semblar un repte costós, però ben segur que és rendible. A la seva època també degueren semblar remotes les potencials aplicacions dels treballs de Faraday i Maxwell sobre electromagnetisme, o d'Einstein sobre fotons, i aquests descobriments desenes d'anys més tard han acabat proporcionant-nos la tecnologia necessària per fer funcionar les rentadores, els televisors, els forns microones, els ordinadors i fins i tot els telèfons mòbils i el GPS.
Finalment, cal esmentar que el CERN ha desenvolupat un paper pioner i determinant en el marc de la cooperació internacional, fent realitat una característica essencial de la ciència: la no existència de fronteres. No sabem si el resultat d'aquest gran experiment que és l'LHC es traduirà en algun premi Nobel de Física. El que ben segur es mereix és el Nobel de la Pau, després d'aconseguir que treballessin juntes durant anys més de 10.000 persones de l'àmbit de les ciències físiques i les enginyeries!
Per a més informació...
Us faig a mans alguns enllaços que us permetran fer el seguiment de l'LHC dia a dia, a banda d'aprofundir en el fascinant món de la física de partícules:
Pàgina web del CERN
Espai web del CERN destinat a l'LHC
Institut de Física d'Altes Energies (IFAE)
Descobrint la física de partícules amb l'LHC
LHC Machine Outreach
Centre Estatal de Física de Partícules (CPAN)
La Hora Cero (interessant bloc d'especialistes sobre l'LHC)
Perfil acadèmic del Dr. Enrique Fernández
Notícies sobre l'LHC (HUUBS)
Notícies sobre l'LHC (SINC)
(Trobareu una bona part d'aquests enllaços de manera permanent al marge dret d'aquest bloc, apartat 05. La gran aventura de la física de partícules)
