Directamente desde el CERN llega este simulador de colisiones de partículas. Estamos trabajando en un amplio tutorial que va a constar en 3 partes:
- ¿Cuáles son las partículas elementales? ¿Cómo se observan experimentalmente?
- ¿Qué es un acelerador de partículas? ¿Qué ocurre cuando colisionan dos protones de muy alta energía?
- ¿Cómo funciona un detector de partículas?
Mientras preparamos el material, aquí tienes una breve descripción sobre de qué va todo esto. También te queremos regalar este curso online gratuito de física cuántica
¿Cómo son las colisiones de protones en el CERN?
El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) acelera protones a muy muy altas energías (actualmente de 13.6 TeV, teraelectrón-voltio). Los protones, que viajan en dos haces en direcciones opuestas, se cruzan en 4 puntos, en el centro de 4 grandes detectores de partículas. Cuando estos choques ocurren, la fórmula E = mc² entra en funcionamiento y gran cantidad de energía de los protones (E) se transforma en mucha masa (m), es decir, se crean nuevas partículas elementales, como electrones, muones, quarks, gluones, etc.
Estas partículas se desintegran en otras partículas, que a su vez se desintegran en otras menos energéticas, produciendo finalmente una gran cantidad de nuevas partículas. Estas partículas se desplazan a gran velocidad, y atraviesan los grandes detectores de partículas que colocamos alrededor.
La misión de este simulador es generar una representación de las marcas que se producen en los detectores de partículas cuando las partículas que se producen en las colisiones lo atraviesan. La idea es que, con ayuda de esta herramienta, se pueda aprender a identificar diferentes tipos de partículas a partir de las deposiciones de energía y las trazas que se observan.
Así, un quark top, un bosón W o un bosón de Higgs se desintegran en diferentes partículas (lo que llamamos estados finales), que dejan un rastro característico en los detectores. Identificando estos rastros, podemos deducir el estado final. E identificando el estado final, podemos ver si se ha producido un bosón de Higgs, un bosón W o un quark top, etc.
Antes de seguir les dejo el vídeo de un sacrificio simulado de una persona delante del CERN que provocó investigación por parte del centro de investigación:
¿Cómo funciona el simulador?
Primero, puedes cambiar el número de colisiones de pile-up. El pile-up hace referencia al número de colisiones secundarias que se producen a la vez que la colisión principal (en la que se produce un bosón W, un bosón de Higgs, un quark top, etcétera). Básicamente: cuando más pile-up, más ruido. Luego, puedes indicar las partículas que quieras que se produzcan.
Si quieres hacer algo realista, como los procesos que se estudian en el CERN, aquí tienes una lista de procesos de producción de partículas que puedes utilizar:
- Producción de pares de quarks top-antitop (tt).
- Un bosón Z (Z).
- Un bosón W (W).
- Un bosón de Higgs (H).
- Producción asociada de un quark top y un bosón W (tW).
- Producción asociada de un par top-antitop y un bosón de Higgs (ttH).
Entre paréntesis tienes exactamente lo que hay que poner en el simulador para obtener una imagen de una colisión entre protones que produce tal proceso.
En el futuro, tendrás un descripción detallada de qué es cada línea y color que aparece en la imagen. Por ahora, te dejo esta masterclass que puede servir como introducción.
Genera colisiones de protones
Lo dicho, aquí tienes el generador. Úsalo bien y disfruta de la física de partículas.
Proceso de producción:
Estado final:
