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El LHC obtiene indicios de la partícula elemental más masiva por primera vez en Europa

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) presenta sus primeros resultados en la Conferencia Internacional de Física de Altas Energías de París (ICHEP 2010), entre los que se encuentran las primeras evidencias de observación del quark ‘top’, uno de los constituyentes fundamentales de la materia, obtenidas en un laboratorio europeo.

El Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), organismo que opera el acelerador de partículas más potente del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), ha presentado hoy los primeros resultados de este gran experimento internacional desde que el pasado mes de marzo alcanzó la mayor energía de colisión de partículas registrada hasta ahora. Los portavoces de LHC destacaron el buen funcionamiento de la máquina, que ha multiplicado el número de colisiones registrado por más de mil, lo que ha permitido “redescubrir” partículas conocidas del Modelo Estándar, la teoría que describe las partículas elementales y sus interacciones. Entre los principales resultados se encuentran los primeros indicios de detección del quark ‘top’, la más masiva de las partículas elementales, en lo que sería la primera detección realizada por un laboratorio europeo.

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Los primeros resultados del LHC han sido revelados en la 35º Conferencia Internacional de Física de Altas Energías (ICHEP 2010), la mayor conferencia del mundo en física de partículas que reúne a más de 1.000 participantes en la capital francesa, y que ha contado hoy con la visita del presidente Nicolas Sarkozy. Los portavoces de los cuatro grandes experimentos del LHC (ALICE, ATLAS, CMS y LHCb) han presentado resultados procedentes de los tres meses de funcionamiento del LHC a 3,5 Teraelectronvoltios (TeV) por haz, una energía tres veces y media mayor que la alcanzada hasta ahora en un acelerador de partículas.

Con estas primeras medidas los experimentos del LHC han redescubierto partículas del Modelo Estándar, la teoría que contiene el conocimiento actual sobre las partículas que forman la materia y las fuerzas que actúan entre ellas. Éste es un paso esencial antes de realizar otros descubrimientos. Entre los miles de millones de colisiones registradas hasta ahora se encuentran “candidatos” de producción del quark ‘top’, en lo que sería la primera vez que esta partícula se observa en un laboratorio europeo. Ésta fue la última partícula elemental descubierta, en 1995 en el Tevatron, el acelerador de partículas de Fermilab (EE.UU.).

Según el Modelo Estándar, el quark ‘top’ es el más masivo de los constituyentes elementales de la materia. Dada su gran masa se necesitan grandes energías para producirlo mediante colisiones de partículas, las cuales sólo se podían alcanzar en Tevatron y, a partir de ahora, en LHC. “Redescubrir nuestros ‘viejos amigos’ en el mundo de las partículas muestra que los experimentos del LHC están bien preparados para entrar en nuevos territorios”, dijo el director general del CERN Rolf Heuer. “Parece que el Modelo Estándar está funcionando como se esperaba. Ahora el siguiente paso es que nos muestre lo que es nuevo”.

Para el CERN, la calidad de los resultados presentados en ICHEP atestigua tanto el buen funcionamiento de LHC como la calidad de los datos grabados por sus experimentos. El LHC, que está aún en su primera etapa de funcionamiento, está realizando continuos progresos hacia sus condiciones finales de operación. La luminosidad, medida de la tasa de colisiones, se ha incrementado en un factor superior a mil desde el final de marzo. Este rápido progreso en la puesta a punto de los haces del LHC se equipara a la velocidad con que los datos procedentes de las miles de millones de colisiones producidas han sido procesados por el Grid, la red de computación global del LHC, lo que ha permitido a los diferentes centros de investigación repartidos por todo el mundo analizar datos de los experimentos.

REDESCUBRIR EL MODELO ESTÁNDAR

“En sólo unos días observamos bosones W y posteriormente Z, los dos portadores de la interacción débil descubiertos en el CERN hace 30 años”, dijo Fabiola Gianotti, portavoz del experimento ATLAS. “Gracias a los esfuerzos de toda la colaboración, en particular de los jóvenes científicos, desde la toma de datos con el detector, pasando por la calibración, el procesado de datos, la distribución y los análisis físicos, ha funcionado de forma rápida y eficiente”.

“Es increíble ver lo rápido que hemos ‘re-descubierto’ las partículas conocidas, desde las resonancias más ligeras hasta el pesado quark top. Lo que hemos mostrado aquí en París son sólo los primeros resultados de una intensa campaña de medidas de precisión de sus propiedades”, dijo Guido Tonelli, portavoz de CMS. “Este paciente y sistemático trabajo se necesita para establecer los ruidos de fondo necesarios para detectar cualquier señal nueva”.

“El experimento LHCb es un traje hecho a medida para estudiar la familia de las partículas b, contenidas en los quarks ‘beauty’”, dijo el portavoz del experimento Andrei Golutvin. “Por eso es extremadamente gratificante que estemos encontrando cientos de de estas partículas, claramente identificadas mediante los análisis de muchas trazas de partículas”. “El funcionamiento actual con colisiones de protones nos ha permitido conectar con los resultados de otros experimentos a energías menores, comprobar y mejorar los extrapolaciones hechas para LHC y preparar el terreno para el funcionamiento con iones pesados”, dijo Jurgen Schukraft, portavoz del experimento ALICE. Este experimento está diseñado para estudiar las colisiones de iones de plomo, lo que ocurrirá en el LHC por primera vez a finales de este año.

Otros dos experimentos se han beneficiado de los primeros meses de funcionamiento del LHC a 3,5 TeV por haz. LHCf, que estudia la producción de partículas neutras en colisiones protón-protón para ayudar a entender las interacciones de rayos cósmicos con la atmósfera de la Tierra, ha reunido ya los datos que necesitaba a este rango de energía. TOTEM, situado muy próximo al haz para estudiar en profundidad el protón, está empezando a tomar sus primeras medidas.

CONTRIBUCIÓN ESPAÑOLA AL LHC

El CERN mantendrá operativo el LHC a este nivel de energía durante un periodo de 18-24 meses con el objetivo de acumular suficientes datos de los experimentos como para realizar avances significativos en un amplio rango de procesos físicos. Con la cantidad de datos esperada, un femtobarn inverso (unos 10 billones de colisiones), los experimentos deberán tener capacidad para explorar nuevos territorios, con la posibilidad de realizar significativos descubrimientos.

El CERN es el mayor laboratorio de física de partículas del mundo, con 20 Estados miembros, entre los que está España. India, Israel, Japón, Rusia, Estados Unidos, Turquía, la Comisión Europea y la UNESCO tienen estatus de observadores. España es el quinto contribuyente al CERN, contribución que se fija en función del PIB. Unos 400 científicos españoles participan en el LHC, coordinados a través del proyecto Consolider-Ingenio 2010 CPAN (Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear), que tiene entre sus principales objetivos facilitar la participación de los científicos españoles en este tipo de proyectos internacionales.

MÁS INFORMACIÓN:

Oficina de prensa del CERN

Fuente: CERN

http://www.plataformasinc.es

Video-conferencia para el público en general sobre las características y aplicaciones del Large Hadron Collider (LHC), CERN en Ginebra Suiza. La charla está a cargo del Investigador Argentino Mario Benedetti. Para comentarios, sugerencias, correcciones o posibilidad de conferencias contactarse al mail mario.benedetti@cern.ch

El primer par de quarks top-antitop (tt) ha sido observado en el experimento ATLAS del LHC del CERN en una búsqueda que ha utilizado 280/nb (inversos de nanobarn) de colisiones. Hay varios eventos candidatos que serán presentados mañana viernes en el congreso ICHEP 2010 en París en una charla técnica que anticipará su anuncio oficial el próximo lunes en una charla plenaria en dicho congreso. Los datos analizados deberían presentar, en teoría, 14 eventos tipo par top-antitop que se han desintegrado en leptones (e o ?) y chorros (jets) de partículas (se han observado 7 de ellos) y 3 eventos que se han desintegrado en pares de leptones (ee y e?), de los que se han observado solo 2. La charla solo presenta “la foto” de tres de estos eventos. Obviamente, estos eventos son todavía eventos candidatos ya que en física de partículas es imposible asumir que un evento, por muy clara que sea la señal, no sea una mera fluctuación estadística, puro ruido de fondo. Solo tras obtener decenas de eventos candidatos se puede asegurar con gran probabilidad que entre ellos se encuentra cierta cantidad de eventos buscados. Aún así, hay que darles la enhorabuena a los físicos del CERN que han logrado observar (tras el análisis de los datos de las colisiones) varios candidatos a quark top en Europa. La imagen que abre esta entrada es un evento candidato a par de quark top-antitop que se ha desintegrado en un par de electrones (pp?tt?ee) y abajo tenéis un evento candidato a desintegración en un electrón y un muón (pp?tt?e?). Más abajo aún tenéis un tercer evento de tipo pp?tt?e+jet. Todos estos eventos aparecen en la presentación de Arnaud Lucotte (ATLAS Collab.), “Top quark studies with ATLAS,” ICHEP 2010, Salle Maillot, 23-Jul-2010 (mañana a las 12:10 podremos ver en directo su charla vía webcast). Ver también la charla de “First Results from ATLAS on QCD, Quarkonia and Heavy-flavour Physics in p-p collisions at 7 TeV,” ICHEP 2010, Salle Maillot, 23-Jul-2010 [ppt] (mañana también en vídeo), en la que se afirman que los dos primeros eventos a par top-antitop en Europa son los dos siguientes.

 Según parece aún no, al menos con solo los 78/nb (inversos de nanobarn) de colisiones que se han analizado para la charla de Tim Christiansen (CDF Collab.), “Top-Quark Studies at CMS,” ICHEP 2010, 23 July 2010 (que mañana también podremos ver vía webcast). Oficialmente no se ha observado todavía ningún evento candidato a par de quarks top-antitop en CMS con tan pocas colisiones analizadas. Aún así, Tim no se resiste a presentarnos algunos eventos que podrían ser candidatos a par top-antitop, pero el análisis de la colaboración CMS no puede asegurarlo. Aquí os dejo un par de eventos a candidato de tipo pp?tt?e+jet y tipo pp?tt???, que aún sin confirmar seguramente acabarán siendo confirmados en las próximas semanas.

El LHC del CERN será una fábrica de quark tops el año que viene, pero por ahora la fábrica de tops está en Chicago. Solo el detector CDF del Tevatrón ha observado desde 1995, con 5’6 /fb (inverso de femtobarn) de colisiones, 1263 eventos candidatos a par de quarks top-antitop. Estos eventos han  permitido obtener la mejor estimación de un solo experimento, hasta ahora, para la masa del quark top, en concreto 173’0 ± 0’7 (stat) ± 0’6 (JES) ± 0’9 (syst) GeV/c² = 173’0 ± 1’2 GeV/c², según nos contará mañana Hyunsu Lee (CDF Collab.), “Measurement of the top quark mass and width with CDF detector,” ICHES 2010, 23 Jul 2010. En la misma charla nos contará que la mejor estimación combinada del Tevatrón para la masa del quark top a fecha de julio de 2010 es de 173’3 ±0’6 (stat) ± 0’9 (syst) GeV/c² y que la mejor media mundial (combinando datos de LEP 2 y del Tevatrón Run II) es de 173’3 ± 1’1 GeV/c² (un resultado con un 0’61% de precisión).

Otros también se han hecho eco de esta noticia, como Barbara Warmbein, “Europe reaches the top, err, the top reaches Europe,” Symmetry Breaking, July 23, 2010. “Finding top quarks at the LHC is exciting because the top is the last, and heaviest, particle that the LHC needed to add to its list of ‘rediscoveries’. It is also an important partner in the hunt for all sorts of new physics.” También Jester, “European Tops at Last!,” Resoonances, 23 July 2010. Y por supuesto “Candidate Top Events at 7 TeV Centre-of-Mass Energy,” ATLAS Experiment Public Results, 23 July 2010 (más información técnica en ”Search for top pair candidate events in ATLAS at sqrt(s)=7 TeV,” ATLAS-CONF-2010-063, 21 July 2010).

http://francisthemulenews.wordpress.com

Más información sobre los 9 pares de quarks top-antitop observados por primera vez en Europa

En las colisiones de protones en el LHC del CERN con una energía en el centro de masas de 7 TeV se produce un par de quarks top-antitop que decae en un leptón (electrón, e, o muón, ?) y chorros (jets) de partículas cada 20/nb (inversos de nanobarn) de colisiones almacenadas en disco y se produce un par top-antitop que decae en un par de leptones (ee/e?/??) más chorros cada 110/nb. Desde el 31 de marzo de 2010 se han almacenado unos 280/nb de datos de colisiones detectadas en el experimento ATLAS (el más grande del LHC y el más grande del mundo). Por tanto, se espera que haya almacenados en disco unos 17 eventos tipo par top-antitop (14 del primer tipo y casi 3 del segundo). El análisis de los datos almacenados en disco ha encontrado 9 eventos tipo par top-antitop, de los que 7 eventos son del primer tipo (LJ1-LJ7 en la tabla) y 2 son del segundo (DL1 y DL2). Como podéis ver los 9 candidatos son 4 de tipo e+jets, 3 tipo ?+jets, 1 tipo ee y 1 de tipo e?. Todos estos eventos son compatibles con lo que se esperaría observar para la producción de pares top-antitop según las simulaciones tipo Montecarlo de las colisiones protón-protón del LHC en el detector ATLAS.

El quark top es la partícula elemental más pesada en el modelo estándar y fue descubierto en el Tevatrón del Fermilab en 1995. El proceso de redescubrir el modelo estándar en el LHC del CERN tenía como última etapa el observar, por primera vez, el quark top en Europa. Dicho paso ya ha sido logrado. Obviamente, solo 9 eventos candidatos son muy pocos eventos para estar seguros al 100% de que el top ha sido observado, pero en las próximas semanas se observarán muchos más candidatos (una prueba de fuego será la observación de un evento tipo ?? en ATLAS, la señal indiscutible de un top en Europa). En diciembre de 2010 se espera que el LHC haya recabado 1/pb (inverso de picobarn) de colisiones y se hayan observado unos 60 pares de quarks top-antitop solo en ATLAS. Con dicho número ya se estará absolutamente seguro y se podrá empezar a estudiar sus propiedades en Europa. Para diciembre de 2011 el LHC habrá recabado 1/fb (inverso de femtobarn) de datos lo que implica que se habrán observado unos 6000 pares de quarks top-antitop solo en ATLAS (en toda la historia del Tevatrón se han observado menos de 1500). El otro gran experimento del LHC, CMS observará un número similar. Sin lugar a dudas el LHC del CERN es una fábrica de quarks top. Aún así, haber encontrado quarks top en el LHC en solo 3 meses de análisis de datos de colisiones es muy emocionante y por ello se ha esperado a la conferencia ICHEP 2010 de París para anunciar su descubrimiento.

¿Qué interés tiene redescubrir lo ya conocido? Parece una tontería, pero es importantísimo. Cualquier búsqueda de nueva física más allá del modelo estándar requiere conocer muy bien la física del modelo estándar. Hay que redescubrir todo el modelo estándar en el LHC y recalibrar todos los programas de análisis de datos de los detectores para que identifiquen fuera de toda duda que eventos son compatibles con el modelo estándar y cuales corresponden a nueva física. En el caso concreto del quark top, siendo la partícula de mayor masa conocida, sus eventos formarán parte del fondo de todas las búsquedas de Higgs pesados y partículas supersimétricas, por ejemplo.

¿Queda algo importante del modelo estándar por redescubrir en el LHC? Sí, la producción de un quark top solitario gracias a la fuerza débil (estará acompañado de otro quark diferente, seguramente un quark bottom). Estos eventos son mucho más difíciles de detectar (en el Tevatrón se observaron por primera vez en 2008) y serán la prueba de fuego del redescubrimiento del modelo estándar en el LHC. ¿Se observará un evento con un top solitario en el LHC antes de diciembre de 2010? Podría ser, pero la estadística está muy ajustada. Yo apostaría más por su observación alrededor de abril de 2011.

http://francisthemulenews.wordpress.com

http://cdsweb.cern.ch/record/1280714?ln=es

http://cdsweb.cern.ch/record/1280714/files/ATL-PHYS-PROC-2010-045.pdf

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www.teknociencia.es/videos/atlas/Episode2.swf

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Tuesday, July 27th, 2010, by admin and is filed under "Alice experiment, Atlas experiment, Atomo, CERN, Ciencia, CMS experiment, Cosmologia, Fermilab, Fisica, Fisica de alta energia, Fisica de particulas, Fisica Nuclear, Fisica Teorica, Ingenieria, Investigacion, LHC, LHCB experiment, Matematicas, Mecanica cuantica, MoEDAL experiment, Science, Sincrotrón, Technology, Tecnologia, Tevatron, Universo | , Astrofisica, Atlas, CERN, Ciencia, Cosmologia, Fermilab, Fisica, Fisica de particulas, Fisica Nuclear, Fisica Teorica, Internacional, Investigacion, LHC, Matematicas, Mecanica cuantica, Science, Technology, Tecnologia, Tevatron, Universo ". You can leave a response here, or send a Trackback from your own site.