Cómo funciona el LHC (I). Inyección de protones, aceleración y estabilización del haz.

Bueno, con este post voy a comenzar una serie de ellos dedicados a explicar el funcionamiento del Gran Colisionador de Hadrones que ya está en marcha en Ginebra.

El LHC es el tramo final del trayecto que siguen los protones desde que son producidos hasta que chocan entre ellos para desintegrarse. Este trayecto está formado por un conjunto de maquinas que permiten que los protones lleguen como es debido al LHC.

Lo primero de todo, es conseguir los protones. Estos son obtenidos a partir de átomos de hidrógeno (que constan de un protón y un electrón) a los que mediante la aplicación de una diferencia de potencial se les arrancan los electrones, que se mandan a tierra. Al mismo tiempo, con otra diferencia de potencial, se aceleran los protones resultantes y se consigue un haz acelerado. Todo este proceso se realiza en un acelerador lineal llamado LINAC2 (imagen).

Una vez conseguido el haz de protones, este se introduce en el PS Booster (Proton Synchrotron Booster) un sincrotrón de 157 metros de largo y a continuación en otro sincrotrón, llamado PS (Proton Synchrotron) de 628 metros de largo, con lo que se consigue que los protones alcancen energías de hasta 25 GeV.



A continuación, una vez más se introduce en un nuevo sincrotrón, en el llamado SPS (Super Proton Synchrotron) de 7 Km de longitud donde el haz alcanza energías de 450 GeV y queda listo para ser introducido en el LHC.

Finalmente, el haz se introduce en el LHC donde tras 20 minutos consigue energía de hasta 14 TeV y velocidades muy cercanas a las de la luz.

Para los experimentos con iones de plomo el camino recorrido es un poco distinto pero se siguen las mismas instrucciones. Se obtienen en el LINAC3, se mandan al LEIR (Low Energy Ion Ring) donde se aceleran y desde aquí se mandan al los sincrotrones y luego al LHC.

Este es el esquema general de como funciona lo que se conoce como Complejo Acelerador del CERN.

Todo el trabajo desde que los protones salen desde el LINAC2 (o los iones de plomo del LINAC3) se realiza en ultraaltovacío para conseguir que los haces sean lo más precisos posible y que partículas extrañas (moléculas que forman el aire) no frenen a los protones.

Desde el centro del control del CERN se controlan informáticamente todos los procesos pero existen 39 centrales secundarias en el complejo que controlan desde cerca que todo funcione como debe.