Culmina ciclo de detector sinaloense en el LHC; comienza nuevo reto

Por Janneth Aldecoa

Culiacán, Sinaloa. 12 de diciembre de 2018 (Agencia Informativa Conacyt).- La mañana del 10 de diciembre culminó el ciclo de dos detectores sinaloenses, el V0 y AD. El primero, que operaba con éxito desde hacía una década, permitió la incursión de México en la colaboración ALICE;  se trató del primer detector mexicano para el Gran Colisionador de Hadrones, (en inglés Large Hadron Collider, LHC), que consiste en un acelerador y colisionador de partículas ubicado en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), cerca de Ginebra, en la frontera franco-suiza. 

El investigador sinaloense, nivel III del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), Ildefonso León Monzón, fue el primer sinaloense en involucrarse en el proyecto, como parte del equipo del investigador mexicano Gerardo Herrera Corral. Ocurrió en 2001, durante sus estudios de doctorado en la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas de la Universidad Autónoma de Sinaloa (UAS).

La apertura a la ventana del experimento más ambicioso de la historia ocurrió a través del detector V0, que se aprobó como parte de una política de involucrar a México en ese tipo de colaboraciones mundiales y de ciencia de frontera.

Ese año, el equipo realizó la primera prueba de diseño y fue aprobada con los primeros elementos del detector. Aunque no estaba completo, fue a partir de esa prueba que se llegó a la conclusión de que la propuesta funcionaría correctamente, y finalmente se diseñó para V0.

Arranca el Gran Colisionador

Doctor Ildefonso León Monzón.León Monzón culminó el doctorado en 2003, para entonces el sistema se encontraba bien definido y probado. Años más tarde quedó instalado, y fue en 2008, con el arranque del Gran Colisionador de Hadrones, cuando V0 comenzó a operar.

Otro detector mexicano comenzaría a operar posteriormente. Se trata de AD, que se encuentra bajo la responsabilidad de la Universidad Autónoma de Sinaloa.

Seis años más tarde, en 2014, el equipo mexicano se vio frente a una nueva oportunidad, la de crear otro sistema, sería una extensión de V0. Se trataba de un sistema electrónico utilizado para hacer todas las mediciones. Este funcionaba como una extensión capaz de adentrarse en áreas que V0 no lograba ver.

“Ningún otro detector puede ver ahí. Esa es una de las razones por las que se planteó la colaboración y nació el tercer proyecto mexicano”, comentó León Monzón.

La formación de estudiantes en altas energías

Para el investigador, la importancia de V0 y AD radica en que la Universidad Autónoma de Sinaloa se involucró fuertemente. Con AD, ocurrió desde el diseño y la instalación, en cada una de las etapas. Se involucraron estudiantes con tesis en física, física experimental, informática, electrónica y computación.

“Esto ocurrió con la habilidad de jóvenes estudiantes que hicieron su tesis con V0. En los dos detectores, los estudiantes sinaloenses se involucraron en varias etapas y con varias responsabilidades”, recordó.

Entre los estudiantes se encuentra  Lucina Gabriela Espinoza Beltrán, la única mujer mexicana participante en el equipo. La entonces estudiante hizo su tesis de doctorado con el detector V0, midiendo características importantes del acelerador en cuestión de luminosidad en ALICE, esto en colisiones protón-protón y colisiones de protón-plomo.

"Mi tesis de maestría fue para V0, para simulación (...) Se trataba de simulaciones para la optimización del detector V0. Se trataba de comprobar, mediante estas simulaciones, cuál era la configuración más óptima y hacer así mejoras a ese detector", comentó Espinoza Beltrán a la Agencia Informativa Conacyt.

Lucina Gabriela Espinoza Beltrán.“Los datos que trabajó, así como la información que procesó y dio a la colaboración, fue fundamental para todos los estudios en la colaboración”, añadió León Monzón. 

El estudiante de doctorado de la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas, Solangel Rojas Torres, se involucró en el detector AD desde su conceptualización y creación. Realizó su tesis de doctorado estudiando el desempeño del detector en condiciones de laboratorio. 

"Participé y me involucré en la construcción, además de la instalación del detector. Se sometió un prototipo del detector a un haz de partículas para estudiar su comportamiento de una manera más controlada. Mi aportación fue en el análisis del comportamiento de AD y también en el análisis y entendimiento de toda la información que arroja al experimento”, explicó el joven becario del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt).

Rojas Torres estudió, construyó e instaló el detector, por lo que su formación como físico experimental es completa.

“Solangel se involucró desde el momento de la concepción del detector hasta la instalación y caracterización en el desempeño del detector. Es un trabajo bastante largo, que iniciamos en 2014 y estamos por terminar este año”, comentó León Monzón.

El estudiante de doctorado, Juan Carlos Cabanillas, dedicó su tesis al diseño del sistema de control, es decir, en el área de computación. Fue el responsable del software para el control y de vigilar que las condiciones óptimas de operación del detector se mantengan.

Los logros

El detector V0 se consideró uno de los sistemas más importantes para el proyecto ALICE. Es uno de los sistemas que ofrecen la señal de disparo, es decir, la señal que emite el sistema cuando la información que se procesará es importante. La contribución de V0 consistió en decir qué datos, mediciones o colisiones que se están llevando a cabo son importantes o tienen información relevante para ser estudiada.

Entre los hallazgos en la colaboración y descubrimientos de ALICE, destaca medir o determinar que en las colisiones de protón-protón también ocurren eventos que son mímicas del Big Bang, y que no solamente se trata de colisiones de plomo-plomo, sino aun en condiciones más simples, de protón-protón.

“Tenemos que a las energías del LHC, hemos sido capaces de recrear el Big Bang, y es lo que llamamos posteriormente el 'universo líquido', ya que el sistema que se crea en la colisión protón-protón se comporta como un líquido perfecto, que fluye sin fricción”, comentó León Monzón.

Ese es uno de los hallazgos más importantes en los que participó el detector V0, en el que los sinaloenses se involucraron en los últimos años, junto con el detector AD, que fue un sistema para medir esas características con exactitud. Determinar que el Big Bang también puede recrearse con protón-protón fue un descubrimiento que logró una publicación en la prestigiosa revista Nature.

¿Qué sigue?

Solangel Rojas Torres.El equipo mexicano continuará con un amplio trabajo y la puesta en marcha de un nuevo detector. Por ahora el LHC entró en una etapa técnica y su funcionamiento se detuvo ayer temporalmente. Ahora, el equipo mexicano trabaja la propuesta de un nuevo sistema que prevé, será mejorado. El detector AD sufrirá mejoras, será más rápido y generará un sistema de mucha mayor calidad.

“Buscamos tener un detector con una resolución temporal mejor que los 300 picosegundos. Queremos ir más allá, alcanzar los 200 picosegundos. Un picosegundo es la millonésima parte de una millonésima de segundo. Queremos ser tan rápidos como esa escala de tiempo. Queremos que sea un detector sumamente rápido”, anunció León Monzón.

Para el científico, una de las características a mejorar en el acelerador es la luminosidad. Significa tener más colisiones, lo que implica más datos, por lo que requiere mayor velocidad para ver cada uno de ellos. Por tal razón, AD y V0 serán modificados con esa característica, para que cumplan una mayor calidad.

“Este año he estado haciendo simulaciones por computadora. Se trata de mostrar que es posible alcanzar esas velocidades con el nuevo sistema. Es posible, porque en estos años unos colegas rusos crearon un material sumamente rápido”, anunció.

Proyecto al 2022

El equipo mexicano desarrollará un sistema mucho más veloz que el actual. El nuevo detector será llamado Forward Diffractive Detector (FDD), mismo que fue presentado en el auditorio del LHC a la colaboración de ALICE. 

El trabajo hacia el año 2022 consistirá, inicialmente, en un periodo de dos años para la realización de pruebas, terminar el diseño y la fabricación del sistema.

Para el caso de la fabricación del sistema, existirá nueva electrónica y nuevos elementos de última tecnología, lo que significa que los estudiantes que se involucrarán en los proyectos verán la tecnología más avanzada y cómo se utiliza, no solamente a manera de divulgación, sino que podrán introducirse completamente en el proceso. Recibirán entrenamiento en conocimiento de frontera en física, computación y electrónica.

“Hay estudiantes del área de la electrónica, cuyas tesis de licenciatura se han hecho con temas relacionados con la electrónica del LHC. Obviamente en el área de la física, los jóvenes tienen oportunidades de hacer estudios únicos. Nadie más tiene acceso a la información y sus tesis de maestría y doctorado tienen ese impacto. Se pueden involucrar en un proyecto de enorme impacto, con la más alta tecnología y con la posibilidad de pertenecer a un evento que puede ser parte del descubrimiento de algo”, aseveró León Monzón.

La UAS, añadió el investigador, ha tomado la oportunidad de pertenecer a un grupo selecto de universidades en el país y el mundo que participan con responsabilidades claras en el diseño de los sistemas, que además funcionan a la perfección.

El doctor Christian Valerio Lizárraga y el doctor Ildefonso León Monzón, reconocidos durante la premiación 2016.“Son sistemas con un alto desempeño, pero el hecho de que funcionen así es por todo el trabajo que hay detrás. El conocimiento que se está adquiriendo en cómo involucrarse en esos proyectos de este nivel, es uno de los aprendizajes más valiosos que tenemos ahora en la UAS”.

El investigador destacó que México cuenta con expertos que se formaron en la colaboración con el LHC. Es el caso del investigador Christian Alfonso Valerio Lizárraga, de la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas de la UAS. Es experto en fuentes de aceleradores y se ha involucrado fuertemente en el tema de cavidades resonantes para aceleradores lineales. 

“Christian Valerio es producto de todo este esfuerzo, no solo de la UAS, sino que es un esfuerzo del país por formar a jóvenes en un muy alto nivel de la ciencia. Fue apoyado por Conacyt y la UAS para involucrarse en el diseño de la fuente de protones que ahora está instalada en el Linac 4, y que entrará en funcionamiento dentro de dos años. Tenemos impacto en diferentes áreas. Todo ese conocimiento que no está escrito no lo debemos de perder y, de esa forma, pensar en crear una tradición en nuestro país y Sinaloa”, expresó el científico.

Formación de docentes de preparatoria Como parte del trabajo intenso de la Universidad Autónoma de Sinaloa en el LHC, la institución ha impulsado el programa de apoyo a docentes al CERN. Se trata de una actividad no científica sino de divulgación, con la que se motiva a los docentes a tener la posibilidad de ser enviados al CERN y ver de primera mano la investigación de frontera. La UAS fue la primera universidad que se involucró enviando investigadores y docentes en esos programas de investigación científica. Llegan en grupos de cuatro sinaloenses, se unen a grupos de España, quienes participan en el programa, y conversan con grandes personalidades de la física.

 

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