O IGFAE pescudará a través do detector VELO na comprensión do equilibrio entre materia e antimateria no universo

Tras máis de catro anos parado para aumentar a súa luminosidade, no CERN traballan miles de persoas a contrarreloxo ante a inminente posta en funcionamento, o próximo 5 de xullo, do maior acelerador de partículas do mundo. Antonio Fernández Prieto, Edgar Lemos Cid e Efrén Rodríguez Rodríguez, tres galegos e investigadores do Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE), centro mixto da USC e da Xunta de Galicia, desprazáronse o mes pasado ata Xenebra para instalar no experimento LHCb ‒un dos catro grandes do Gran Colisionador de Hadróns (LHC)‒ un instrumento que axudará a pescudar por que existe no universo máis materia que antimateria: o subdetector VELO. No deseño e construción deste periplo científico, participa o IGFAE dende 2008 desenvolvendo os sensores, o ASIC (Application-Specific Integrated Circuit), a electrónica e o sistema de baleiro e refrixeración, e que agora, na súa versión mellorada, está listo para comezar a buscar física máis alá do Modelo Estándar.
O LHC é un acelerador de partículas con forma de anel de 27 km de diámetro que acelera protóns e ións en direccións opostas a velocidades próximas ás da luz para facelas chocar entre si. Seguindo a famosa ecuación de Einstein E=mc2, a enerxía da colisión transfórmase en materia, é dicir, en novas partículas que son estudadas por experimentos distribuídos en distintos puntos do anel para comprender a orixe da materia e o universo.
Nun deses puntos atópase o experimento LHCb, onde se instalou o novo VELO (VErtex LOcator), o subdetector máis importante para detectar o punto de interacción dos feixes de protóns do acelerador e as partículas producidas na colisión. O seu obxectivo é recrear con moitísima precisión a traxectoria das partículas tras a colisión, diferenciando entre os vértices primarios (punto onde se xeran os mesóns b) e os vértices secundarios (onde se desintegran). Para conseguilo, hai que achegarse o máximo posible ao momento de colisión xa que as novas partículas percorren 8 mm antes de desaparecer e VELO sitúase a tan só 5,1 mm dese punto. “Isto é moi interesante, pero ao mesmo tempo é unha das dificultades de situarse tan preto dos feixes de protóns do acelerador”, indica Edgar Lemos Cid, enxeñeiro e investigador posdoutoral do IGFAE, premiado polo CERN en 2020 polas súas contribucións ao desenvolvemento deste detector. “Como o detector está sometido a un exceso de radiación, VELO deseñouse en dous módulos móbiles con forma de L, que se afastan ou se achegan perpendicularmente ao feixe cando este se estabilizou. A este enxeñoso sistema súmase o sistema de refrixeración de microcanles que mantén a electrónica a -30o C con dióxido de carbono en estado bifase (liquido e gas) para manter os sensores a baixas temperaturas e reducir o dano por radiación”.
Para seguir facendo descubrimentos o LHC someteuse a unha actualización de luminosidade, é dicir, xerará máis colisións ‒e máis enerxéticas‒ e os experimentos teñen que adaptarse. Neste sentido, outro dos grandes logros de VELO é a súa capacidade para rexistrar cinco veces máis colisións ao ano e a súa rápida velocidade de lectura. Grazas aos seus detectores de píxeles de silicio distribuídos en 52 módulos, captura eventos 40 millóns de veces por segundo. “No IGFAE focalizámonos na cadea de lectura electrónica do detector e o deseño de liñas de transmisión de datos de alta velocidade que permiten o control e a lectura dos sensores”, apunta Antonio Fernández Prieto, enxeñeiro e investigador posdoutoral do IGFAE. “Ademais, somos os encargados do deseño e implementación do firmware de control, lectura, calibración e sincronía”, engade.
Á procura de nova física
O Modelo Estándar é a teoría que mellor describe as partículas fundamentais e as súas interaccións. As súas predicións corrobóranse constantemente coas medidas realizadas no LHC e outros experimentos de física de partículas, pero é unha teoría incompleta. Non é capaz de explicar, por exemplo, que é a materia escura ou a orixe da masa das partículas. “VELO permitiranos buscar física máis alá do Modelo Estándar”, explica Abraham Gallas Torreira, investigador principal do IGFAE e coordinador de organización da colaboración VELO. “En concreto, poderemos facer novas prospeccións na física do sabor, a física electrodébil e a física de ións pesados”, sinala.
“Nos próximos anos ‒destaca Efrén Rodríguez Rodríguez, investigador predoutoral do IGFAE‒ gustaríame ver que o incremento de precisión desta nova mellora e de estatística, grazas ao aumento do número de colisións, axude a obter grandes resultados que nos permitan entender mellor o universo que nos rodea ou quizais o descubrimento de nova física. Estou emocionado por ver os resultados do duro traballo realizado para desenvolver esta tecnoloxía”, conclúe este doutorando.
O vindeiro luns 4 de xullo, un día antes de que se poña en marcha o Run 3 do Gran Colisionador de Hadróns, cumpriranse 10 anos do descubrimento dunha nova partícula consistente co bosón de Higgs que poñía fin a unha procura de máis de 40 anos. A comunidade científica do todo o mundo celebrará este fito histórico e os grandes avances dados nesta década.
O equipo do IGFAE que participou na colaboración VELO dende 2008 está integrado por Pablo Vázquez Regueira, Abraham Gallas Torreira (investigadores principais), Edgar Lemos Cid e Antonio Fernández Prieto (enxeñeiros doutores), Efrén Rodríguez Rodríguez (doutorando) e Antonio Pazos Álvarez e Eliseo Pérez Trigo (técnicos asociados).