El LHC, a diferencia de los anteriores aceleradores circulares por los que pasa el haz, no es un sincrotrón sino que es un acelerador 'lineal' en forma de círculo de 27 Km de longitud. Esto hace que su funcionamiento sea más simple, al menos en teoría.
El LHC básicamente es una pareja de tubos metálicos en los que se realiza un ultraalto vacío y a través de los cuales los haces de protones viajan en sentidos opuestos. El problema principal del funcionamiento es conseguir que cada haz circule convenientemente a través de su tubo, de forma que la forma del haz se adapte lo más perfectamente posible a la del tubo en cada punto. Esto es, que el haz pase por el centro geométrico de cada sección transversal del tubo.
En realidad no se controlan todos los puntos del tubo, sino que existen 8 puntos en los que se controla el centrado del haz y se admite que en el resto el haz sigue la trayectoria deseada (en realidad solo nos interesa que pase y llegue convenientemente al punto de colisión).La dirección del haz se controla mediante la aplicación de campos magnéticos muy intensos. El principio de funcionamiento está en la relación entre la aceleración de las partículas cargadas y el campo magnético aplicado, principio probado por Lorentz a finales del siglo XIX.
Estos campos magnéticos son constantes en el tiempo y tan sólo se varía su dirección para hacer que el haz quede centrado. Están creados por enormes imanes de superconductor.
Pequeña digresión para explicar como funcionan un imán de superconductor:
Un imán de superconductor es un electroimán cuya resistencia al paso de la electricidad es nula. Es básicamente un hilo de metal cuyos extremos están unidos y que forma una hélice circular. El metal con el que se construye tiene la propiedad de que por debajo de una cierta temperatura (temperatura crítica) deja de presentar resistencia al paso de corriente.
Entonces, lo que se hace es enfriar el metal hasta convertirlo en superconductor y seguidamente introducirle una corriente que circulará permanentemente por el metal, pues los extremos están unidos y al no existir resistencia no hay nada que haga que la corriente se pare ni se disipe. La forma del hilo conductor hace que el campo magnético que crea la corriente tenga la dirección de avance de la hélice (el campo magnético atraviesa el hilo) y por lo tanto, el campo magnético producido se puede controlar sin más que controlar la orientación del electroimán. Se suele acompañar de un material ferromagnético en el interior de la hélice para aumentar el campo magnético creado.
El único problema es conseguir que el metal funcione como superconductor, y es aquí donde la criogenia basada en el helio líquido entra en juego. El electroimán se introduce en un recipiente con helio líquido (el helio licúa a 4.22 K, -268.93 ºC y no es conductor de corriente) con lo que se consigue que la temperatura del metal se reduzca por debajo de los 3 K (esto es una temperatura menor a la del espacio exterior) y funcione como imán de superconductor sin más que tener la precaución de que el helio líquido del recipiente no se acabe (se evapora bastante al día a pesar de que se utilizan muy buenos aislantes). Es esta la causa fundamental del alto coste del experimento (75% del total), pues el helio líquido cuesta entorno a 8-9 euros/litro y son muchos litros a gastar...
Estos electroimanes se controlan informáticamente desde los centros de control del CERN y con ellos se consigue que el haz siga la trayectoria deseada. Dado que las velocidades de los protones serán muy altas, los imanes tienen que producir campos magnéticos muy intensos y por ello el tamaño de estos es enorme y se han usado cantidades ingentes de cables para su construcción.
Una vez conseguida la sincronización, es decir, que los dos haces circulen como deben, se incrementa la energía de estos mediante la aplicación de campos magnéticos basados en el mismo modelo que los de direccionamiento pero colocados de forma que el haz siga su trayectoria acelerándose.
Si todo este proceso se consigue de forma conveniente (los haces para ello tienen que dar muchas vueltas alrededor del LHC hasta conseguir suficiente velocidad) se hacen chocar los haces en un habitáculo habilitado para ello. La mayor dificultad técnica del experimento es conseguir hacer chocar los haces de forma tan precisa que se libere suficiente energía como para producir las condiciones necesarias para el estudio de la materia en sus más minúsculos componentes. Puede ser cuestión de años el conseguir colisiones verdaderamente fuertes. El antiguo LEP tardo tres años en conseguir un máximo de luminosidad suficientemente grande, esperemos que la suerte siga de cara (fue prácticamente un milagro conseguir la sincronización para el día 10) y que se logre lo antes posible.
