La próxima generación de colisionadores lineales

Los próximos colisionadores de partículas escudriñarán con una precisión jamás alcanzada el mundo subatómico. Científicos de todo el mundo desarrollan nuevas tecnologías de detección. La Red Española de Futuros Colisionadores Lineales, que celebró en Itainnova su XIII Jornada Técnica el 26 de enero, se centra en sistemas detectores semiconductores, basados en silicio, así como en sistemas calorimétricos.

El ILC será un colisionador lineal de 35 kilómetros de longitud
Rey Hori / KEK

No es que el LHC (Gran Colisionador de Hadrones) del CERN se haya quedado pequeño, pero la próxima generación de aceleradores de partículas complementará su labor y profundizará en la física. Miles de científicos -físicos de partículas, físicos de aceleradores e ingenieros- de todo el mundo trabajan en el proyecto más avanzado: el Colisionador Lineal Internacional (ILC). Entre ellos hay diez centros españoles; uno, aragonés: Itainnova.

Consistirá en dos aceleradores de partículas lineales enfrentados, donde se harán colisionar, electrones y sus antipartículas (positrones), previamente acelerados, en lugar de protones, como ocurre en el LHC que, además, es circular. Por eso ambos serán complementarios.

El coordinador de la Red Española de Futuros Colisionadores Lineales e investigador en el Instituto de Física de Cantabria (CSIC-Universidad de Cantabria), Alberto Ruiz Jimeno, explica que "para algunos canales de física, el LHC será más sensible y, para otros, lo será el ILC". Este último, "al ser un acelerador electrón-positrón, produce sucesos muy limpios, mucho más que en las colisiones protón-protón del LHC. Además, los detectores de los experimentos del ILC utilizarán una tecnología más moderna y serán más granulares que los de LHC. Todo ello hace que el ILC sea, en general, bastante más sensible que el LHC en muchos de los canales de interés referidos a la física del bosón de Higgs, del quark top o de fuera del modelo estándar, como es el caso de candidatos a materia oscura". En definitiva, "la combinación de ambos es un valor añadido para el estudio de nueva física".

Desde España

Para profundizar en la existencia de materia oscura y energía oscura en el Universo, la masa de los neutrinos o la interacción gravitatoria, hace falta desarrollar nuevas tecnologías de detección. Desde España, señala Ruiz Jimeno, "se están probando tecnologías nuevas, sobre todo de detectores de silicio para la reconstrucción de trazas y vértices en la dirección de bajo ángulo, así como en calorimetría. Aún no hay una tecnología única posible para los detectores del ILC, por lo que nos encontramos realizando actividades de I+D". Destaca que "los recortes presupuestarios debidos a la crisis de los últimos años nos han afectado especialmente, ya que las actividades de I+D se han restringido notablemente".

El ILC será el primer acelerador ‘global’, compartido entre Europa, Asia y América. Costará aproximadamente 7.000 millones de euros. El Gobierno japonés negocia en estos momentos al más alto nivel con el resto de gobiernos para albergar este gran acelerador. Se espera que pueda empezar a funcionar hacia el año 2028.

<div class="tit_blue">Nuevas tecnologías para una nueva física</div>El Colisionador Lineal Internacional (ILC) funcionará con ‘tecnología fría’. La técnica adoptada consiste en cavidades de aceleración de radiofrecuencia superconductoras que trabajarán a temperaturas muy próximas al cero absoluto.

Entre las nuevas tecnologías de detectores que están ‘en el horno’, la principal misión de la Red Española es desarrollar nuevas líneas de sistemas detectores semiconductores, basados en silicio. Se les pide mucho: "Que tengan muy poco material, para no perturbar el recorrido de las partículas ionizantes cuya trayectoria miden; que sean muy resistentes a la radiación; que tengan una electrónica de lectura muy rápida; que consuman muy poca potencia; y que tengan la segmentación adecuada para poder operar en condiciones de muy alta luminosidad", señala Alberto Ruiz Jimeno.

La participación de Itainnova en estos detectores se centra en dos aspectos que detalla Fernando Arteche, coordinador de Tecnología: "Por un lado, el diseño de los sistemas de distribución de energía eléctrica basados en supercondensadores y, por otro, estamos haciendo todos los estudios de compatibilidad electromagnética (EMC) de estos sistemas para realizar la integración de todos sus componentes electrónicos de forma que no se interfieran entre sí". La participación de Itainnova en el diseño de los sistemas de potencia y los estudios de EMC para la nueva generación de detectores viene de lejos. "Llevamos ocho años colaborando en el diseño de estos sistemas con grupos de física de partículas, tanto de centros españoles (Instituto de Física de Cantabria, Centro Nacional de Microelectrónica) como de centros internacionales como el CERN en Suiza, el Instituto Max Planck de Alemania o el laboratorio japonés KEK.

Un objetivo añadido de la Red Española de Futuros Colisionadores Lineales es estimular al sector industrial de nuestro país. Arteche indica que, "sin lugar a dudas", esta oportunidad podría alcanzar también a empresas aragonesas. "En Aragón hay empresas de alto valor tecnológico que estarían totalmente capacitadas para participar en este tipo de proyectos". Ello les abriría "muchas oportunidades de negocio a lo largo de diferentes etapas del proyecto: por un lado pueden participar directamente en la fase final de construcción, como suministradores de equipos o componentes; pero también –y yo creo que es más interesante para ellas–, se pueden involucrar en el diseño de estos sistemas desde el inicio cooperando con los centros de investigación y desarrollando nuevas tecnologías a través proyectos de investigación industrial". "En muchos casos –concluye–, estos desarrollos pueden ayudar a mejorar o generar nuevos productos destinados a otros sectores industriales".

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