El LHC se prepara para un cierre de varios años

Una pausa planificada bajo Ginebra

En un tramo de túnel de 27 kilómetros de longitud bajo la frontera franco-suiza, los operadores se preparan para reducir gradualmente la actividad del Large Hadron Collider (LHC) con vistas a una pausa prolongada y cuidadosamente programada. El CERN ha revisado el calendario del acelerador para que el Run 3 del LHC continúe hasta julio de 2026; en ese momento, la máquina y su cadena de inyectores entrarán en la Gran Parada 3 (LS3), un periodo de varios años de instalación y remodelación previo a la era del LHC de Alta Luminosidad.

Lo que significa la pausa en la práctica

La parada no es un apagado brusco, sino una secuencia compleja de periodos de acceso planificados, trabajos de ingeniería civil e instalación de equipos que transformarán tanto el acelerador como los cuatro grandes experimentos situados en el anillo. El objetivo es preparar el LHC para operar a una "luminosidad" mucho mayor —el término técnico para referirse a cuántas colisiones puede ofrecer un colisionador por segundo—, de modo que los físicos puedan recopilar conjuntos de datos mucho más amplios sobre fenómenos poco frecuentes. El cronograma y las páginas del proyecto del CERN establecen la transición del Run 3 al LS3 y el inicio previsto del programa del LHC de Alta Luminosidad en el horizonte de 2030.

Reconstrucción para multiplicar por diez los datos

El LHC de Alta Luminosidad (HL‑LHC) no es un único dispositivo nuevo, sino un conjunto coordinado de actualizaciones en imanes, criogenia, suministro eléctrico y los propios detectores. Su propósito es aumentar la luminosidad integrada disponible para los experimentos en un factor de diez, aproximadamente, a lo largo de la vida del Run 4, lo que permitirá realizar mediciones de precisión del bosón de Higgs y búsquedas de procesos extremadamente raros que hoy son imposibles de observar. La campaña de instalación es de gran escala y duración: las comunicaciones del proyecto dentro de la colaboración HL‑LHC describen un programa de trabajo concentrado durante la LS3 que se extiende a lo largo de varios años de actividad en el túnel y en la superficie.

Por qué es importante una mayor luminosidad

Más colisiones significan dos cosas para la física de partículas. En primer lugar, mejora la precisión de las mediciones —por ejemplo, de las propiedades del bosón de Higgs—, lo que puede revelar pequeñas desviaciones respecto al Modelo Estándar que apunten a una nueva física. En segundo lugar, aumenta la probabilidad de observar procesos muy raros o nuevas partículas cuyas tasas de producción son ínfimas. El HL‑LHC es, esencialmente, un motor estadístico: su construcción proporciona a los experimentadores la materia prima que necesitan para profundizar en el libro de reglas de la naturaleza.

Qué harán los ingenieros bajo tierra

La LS3 estará fuertemente dirigida por la ingeniería. Los equipos instalarán y pondrán en marcha nuevos circuitos superconductores y sistemas de imanes, colocarán imanes de triplete interno actualizados cerca de los puntos de colisión, desplegarán una instrumentación del haz mejorada y añadirán hardware novedoso, como las cavidades cangrejo (crab cavities), que mejoran el solapamiento efectivo de las colisiones. Las colaboraciones de los detectores sustituirán o actualizarán significativamente subprocesos sensibles —rastreadores, calorímetros y electrónica de lectura— para que puedan funcionar en el entorno de radiación y apilamiento (pile-up) más intenso que conlleva una mayor luminosidad. Muchas de estas actividades requieren meses de acceso ininterrumpido a la infraestructura de la caverna y del túnel.

Logística y reparto de trabajo internacional

Dado que el LHC y sus experimentos son iniciativas internacionales, el programa de la LS3 se distribuye entre laboratorios e industrias de los estados miembros e institutos asociados. La producción de componentes para el HL‑LHC ya está en marcha en muchos países, y la ventana de la parada es el único periodo práctico para ensamblar, enviar, instalar y probar estos sistemas in situ. El cronograma incluye un margen cuidadoso para validar las instalaciones antes de que la máquina vuelva a ponerse en servicio, ya que la complejidad y la energía almacenada en los sistemas superconductores dejan poco margen de error.

La ciencia no se detendrá en el silencio

Incluso en ausencia de haces, se espera que la producción científica siga siendo intensa. Los físicos analizarán el enorme conjunto de datos del Run 3, elaborando mediciones, verificaciones cruzadas y búsquedas. Las actualizaciones del software, los algoritmos de reconstrucción y la infraestructura informática son una parte intrínseca de la pausa: la comunidad aprovecha el tiempo de inactividad para mejorar los procesos de análisis, reprocesar datos con mejores calibraciones y entrenar nuevos modelos para la sustracción del fondo y la detección de anomalías. Como han señalado comentaristas y la dirección del CERN, el hiato ofrece al campo la oportunidad de asimilar lo que ya se ha recopilado y de perfeccionar las preguntas que el HL‑LHC debe responder.

Energía, medio ambiente y operaciones

Los grandes aceleradores son instalaciones con un gran consumo energético, y el CERN realiza un seguimiento del consumo y el impacto como parte del diálogo sobre la actualización. La organización ha publicado informes sobre medio ambiente y energía que detallan el uso anual de electricidad y los objetivos para contener el crecimiento del consumo incluso a medida que aumenta el rendimiento. Algunos componentes de la máquina (especialmente los sistemas criogénicos que mantienen los imanes en estado superconductor) consumen una energía significativa incluso cuando no hay haces, por lo que las dimensiones operativas y ambientales se tienen en cuenta en la programación y la planificación de la sostenibilidad.

Costes, política y el futuro de los colisionadores

La LS3 y el HL‑LHC son el siguiente paso pragmático para extraer más física del anillo existente, pero los planificadores ya están esbozando sucesores a más largo plazo. El CERN y sus socios han publicado estudios de diseño para el propuesto Futuro Colisionador Circular (FCC), un anillo de aproximadamente 91 kilómetros que se situaría junto al LHC o acabaría sustituyéndolo. La propuesta del FCC se encuentra en fase de anteproyecto y requerirá decisiones de los estados miembros y grandes compromisos de capital antes de poder seguir adelante. La forma en que las naciones equilibren la inversión en el HL‑LHC, los futuros colisionadores y otras prioridades de investigación definirá la hoja de ruta de la física de partículas en las próximas décadas.

Qué vigilar

Durante los próximos 18 meses, preste atención a tres cosas: la finalización de la cosecha de datos del Run 3 y los artículos resultantes, los informes de progreso del proyecto HL‑LHC a medida que finalizan las pruebas y la fabricación de los componentes principales, y el calendario político para las decisiones de financiación de las grandes instalaciones futuras. Cada uno de estos factores influirá no solo en cómo se ejecute la parada, sino también en lo que la comunidad decida medir cuando el colisionador vuelva a entrar en funcionamiento.

La pausa del LHC es, por tanto, tanto un reto técnico como un reinicio silencioso y deliberado. La máquina que se reinicie a principios de la década de 2030 tendrá una personalidad diferente: construida no para alcanzar mayores energías, sino para acumular colisiones a un ritmo que los instrumentos actuales solo pueden imaginar. Para los físicos e ingenieros, la parada es el lugar donde se está gestando la próxima generación de descubrimientos, panel a panel e imán a imán; para el público y los responsables políticos, es un recordatorio de que la era de las grandes infraestructuras científicas suele alternar periodos de toma intensa de datos con largas y minuciosas construcciones.

Fuentes

• CERN (comunicados de prensa y actualizaciones del cronograma)
• Documentación del proyecto e informes técnicos del High‑Luminosity LHC (HL‑LHC)
• Comunicaciones e informes de estado del experimento CMS
• Comunicaciones del experimento ATLAS
• Comunicaciones del experimento LHCb