Antonio Fernández Prieto, Edgar Lemos Cid y Efrén Rodríguez Rodríguez, tres gallegos e investigadores del Instituto Gallego de Física de Altas Energías (IGFAE, centro mixto de la USC y la Xunta de Galicia) se han desplazado hasta Ginebra para instalar en el experimento LHCb ‒uno de los cuatro grandes experimentos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN‒ un nuevo instrumento que ayudará a averiguar por qué existe en el universo más materia que antimateria: el subdetector VELO (VErtex LOcator). Un periplo científico en cuyo diseño y construcción participa el IGFAE desde 2008 desarrollando los sensores, el ASIC (Application - Specific Integrated Circuit), la electrónica y el sistema de vacío y refrigeración, y que ahora, en su versión mejorada, está listo para comenzar a buscar física más allá del Modelo Estándar.
EL LHC, el mayor y más potente acelerador de partículas del mundo, alberga cuatro puntos de colisión en los que hay instalados cuatro grandes detectores que registran las colisiones: ALICE, ATLAS, CMS Y LHCb. En el experimento LHCb es donde se ha instalado el nuevo VELO, que se consolida como el subdetector más importante para detectar el punto de interacción de los haces de protones del acelerador y las partículas producidas en la colisión. Su objetivo es recrear, con gran precisión, la trayectoria de las partículas tras la colisión, diferenciando entre los vértices primarios (punto donde se generan los mesones B) y los vértices secundarios (donde se desintegran). Para conseguirlo hay que acercarse lo máximo posible al punto de colisión, ya que las nuevas partículas recorren 8 mm antes de desaparecer. VELO se sitúa a tan solo 5,1 mm de ese punto.
“Esto es muy interesante, pero al mismo tiempo, el hecho de situarse tan cerca de los haces de protones del acelerador es una de las grandes dificultades”, indica Edgar Lemos Cid, ingeniero e investigador postdoctoral del IGFAE, premiado por el CERN en 2020 por sus contribuciones al desarrollo de este detector. “Como el detector se ve sometido a un exceso de radiación, VELO se ha diseñado en dos módulos móviles con forma de “L”, que se alejan o se acercan perpendicularmente al haz cuando éste se ha estabilizado. A este ingenioso sistema se suma el sistema de refrigeración de microcanales que mantiene la electrónica a - 30º C con dióxido de carbono en estado bifase (líquido y gas) para mantener los sensores a bajas temperaturas y reducir el daño por radiación”.
Para seguir aumentando su potencial de descubrimiento, el LHC se ha sometido a una actualización de luminosidad, es decir, generará más colisiones ‒y más energéticas‒ y los experimentos tienen que adaptarse. En este sentido, otro de los grandes logros de VELO es su capacidad para registrar 5 veces más colisiones al año, así como su rápida velocidad de lectura. Gracias a sus detectores de píxeles de silicio distribuidos en 52 módulos, captura eventos 40 millones de veces por segundo. “En el IGFAE nos hemos focalizado en la cadena de lectura electrónica del detector y el diseño de líneas de transmisión de datos de alta velocidad que permiten el control y la lectura de los sensores”, apunta Antonio Fernández Prieto, ingeniero e investigador postdoctoral del IGFAE. “Además, somos los encargados del diseño e implementación del firmware de control, lectura, calibración y sincronía”.
A la búsqueda de nueva física
El Modelo Estándar es la teoría que mejor describe las partículas fundamentales y sus interacciones. Sus predicciones se corroboran constantemente con las medidas realizadas en el LHC y otros experimentos de física de partículas, pero es una teoría incompleta. No es capaz de explicar, por ejemplo, qué es la materia oscura. “VELO nos permitirá buscar física más allá del Modelo Estándar”, explica Abraham Gallas Torreira, investigador principal del IGFAE y coordinador de organización de la colaboración VELO. “En concreto, podremos hacer nuevas prospecciones en la física del sabor, la física electrodébil y la física de iones pesados”.
“En los próximos años ‒destaca Efrén Rodríguez Rodríguez, investigador predoctoral del IGFAE‒ nos gustaría ver que el incremento de precisión y de estadística de esta nueva mejora, gracias al aumento del número de colisiones, ayuda a obtener grandes resultados que nos permitirían entender mejor el universo que nos rodea, así como quizás el descubrimiento de nueva física. Estoy emocionado por ver los resultados del duro trabajo realizado para desarrollar esta tecnología”, concluye este doctorando.
Colaboración VELO
Entre los institutos que colaboran en VELO se encuentran las Universidades de Bristol, Glasgow, Liverpool, Oxford y Warwick, la Universidad Estatal de Moscú, la Universidad de Manchester, el Instituto Gallego de Física de Altas Energías (IGFAE, centro mixto de la Universidad de Santiago de Compostela y la Xunta de Galicia), la Universidad AGH (Polonia), Nikhef, UFRJ (Brasil) y el CERN.
El equipo del IGFAE, el único grupo español que participa en VELO, ha participado en la colaboración VELO desde 2008 y lo componen Pablo Vázquez Regueira y Abraham Gallas Torreira (investigadores principales), Edgar Lemos Cid y Antonio Fernández Prieto (ingenieros doctores), Efrén Rodríguez Rodríguez (doctorando) y Antonio Pazos Álvarez y Eliseo Pérez Trigo (técnicos asociados).
