¿Cómo funciona el Compact Muon Solenoid? El experimento clave para el descubrimiento del bosón de Higgs
El experimento Compact Muon Solenoid (CMS) es un detector de partículas operado por la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN). Este detector forma parte del LHC o Gran Colisionador de Hadrones.
El LHC es el acelerador de partículas más grande del mundo. Fue instalado en la frontera de Suiza y Francia y tiene una extensión de 27 kilómetros de largo. Dicha maquinaria puede acelerar haces de partículas a casi la velocidad de la luz. Esto hace que las partículas choquen entre sí; luego se utiliza los detectores del Compact Muon Solenoid para tratar de descifrar el número de partículas que se forman como resultado.
Los detectores CMS jugaron un papel importante en el descubrimiento del bosón de Higgs en 2012.
¿Cuál es el propósito del Compact Muon Solenoid?
El propósito básico del CMS es capturar la mayor cantidad de información posible sobre las partículas creadas en las colisiones de alta energía dentro del anillo subterráneo del LHC. Estas partículas normalmente volarían, pero en el LHC los fuertes imanes curvan las trayectorias de las partículas con carga eléctrica.
Los científicos pueden medir la trayectoria de las partículas y calcular su carga, lo que da una idea de qué tipo de partícula se creó. En el caso del CMS, el selenoide genera un campo magnético alrededor de 100 mil veces más fuerte que el de la Tierra. Este poderoso electroimán está formado por una bobina cilíndrica de fibras superconductoras por las que pasan 18500 amperios de corriente eléctrica.
El solenoide es el imán más grande jamás construido, y es la tercera palabra que conforma el nombre de CMS. “Compacto” es un término relativo, pues el detector mide 15 metros de alto y 21 m de largo. Sin embargo, es la versión más compacta de uno. En cuanto a “muon”, se refiere a una partícula elemental pesada que el CMS se encarga de detectar. Cabe destacar que el LHC está buscando muones constantemente.
ATLAS, el otro detector
El CMS tiene un compañero detector llamado ATLAS. Ambos funcionan dentro del LHC y tienen los mismos objetivos científicos, pero emplean imanes y sistemas técnicos diferentes. Los dos detectores se encuentran en una caverna a 100 m bajo tierra, pero cada uno se ubica en un país diferente.
ATLAS se encuentra cerca de Meyrin, Suiza, mientras que el CMS está más cerca de Cessy, Francia. Además, ATLAS se construyó y ensambló en su caverna. Sin embargo, el CMS se construyó en 15 secciones a nivel del suelo antes de ser bajado a su posición final.
Según el CERN, el CMS es similar a una cámara 3D gigante que captura hasta 40 millones de imágenes de colisiones de partículas, desde todas las direcciones, cada segundo.
El CMS está ubicado físicamente en Francia pero, según sus creadores, es una instalación global. Al igual que con ATLAS, el experimento CMS es una empresa colaborativa que reúne a miembros de la comunidad científica de todo el mundo. La colaboración involucra a más de 4 mil físicos e ingenieros de unas 200 universidades y otras instituciones en más de 40 países.
El LHC comenzó a operar en 2009, pero fue en 2012 que los científicos comunicaron que el CMS había contribuído al descubrimiento del bosón de Higgs. Tanto el CMS como ATLAS habían detectado la partícula de Higgs con un significado de “5 sigma”, un término estadístico que significa que había menos de un 1 posibilidad entre un millón de que la detección se deba a fluctuaciones aleatorias.
Miles de artículos publicaron el descubrimiento del Higgs, pero allí no terminaba el recorrido de esto detectores. En abril del 2022, el LHC se volverá a encender y el experimento CMS desempeñará un papel central para tratar de responder algunas de las preguntas más importantes de la física. Algunas de ellas son de qué está hecha la materia oscura y si pueden llegar a existir otras dimensiones espaciales.