Por primera vez, un detector de partículas diseñado y construido por científicos mexicanos podría ser instalado en Alice, uno de los cuatro grandes experimentos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), ubicado en el CERN, el principal laboratorio de física de partículas del mundo.
El dispositivo, denominado MID, permitirá estudiar el comportamiento de la materia bajo condiciones extremas, similares a las que existieron durante los primeros instantes del universo. También contribuirá a investigar la formación y comportamiento de partículas poco conocidas o exóticas.
“Estamos recreando minigotas del universo primitivo y las estamos estudiando mediante los rastros que dejan en detectores de partículas”, explicó Antonio Ortiz Velásquez, investigador del Departamento de Física de Altas Energías del Instituto de Ciencias Nucleares de la UNAM y líder del proyecto MID.
México desarrolla el detector MID
El estudio de las colisiones entre núcleos de átomos pesados a velocidades cercanas a la de la luz comenzó hace casi cuatro décadas.
Los primeros experimentos se realizaron a mediados de los años 80 en el CERN. Posteriormente, nuevas generaciones de experimentos se desarrollaron en Estados Unidos y, más adelante, en el Gran Colisionador de Hadrones, donde se construyó Alice, dedicado al estudio de colisiones de iones pesados.
Debido a las limitaciones de los equipos actuales, se decidió actualizar el experimento para aprovechar el potencial del LHC de alta luminosidad y estudiar las colisiones de iones pesados entre 2036 y 2041.
Esta actualización recibe el nombre de Alice 3 y contará con nuevos sistemas para seguir el recorrido de las partículas e identificar su naturaleza. El detector MID será uno de estos nuevos instrumentos.
Utilizará inteligencia artificial para identificar muones
El proyecto mexicano está diseñado para identificar muones, partículas fundamentales, mediante herramientas de machine learning o aprendizaje automático.
La tecnología permitirá analizar los rastros que dejan las partículas y facilitar la búsqueda de nuevos fenómenos.
El proyecto comenzó a diseñarse en 2018 y contempla distintas etapas de desarrollo previstas para 2032, 2036 y 2041.
Actualmente, en laboratorios de la UNAM y otras instituciones participantes se construyen prototipos de los equipos necesarios para detectar las señales de las partículas. Se espera que las primeras cámaras comiencen a fabricarse en México en 2028, con la meta de concluirlas en 2032.
Para cumplir con los tiempos previstos, Ortiz Velásquez señaló que será necesario contar con respaldo financiero de la Secretaría de Ciencia, Humanidades, Tecnología e Innovación.
Detector tendrá una eficiencia superior a 95%
El MID estará compuesto por barras capaces de producir señales luminosas cuando una partícula las atraviese. La luz será captada mediante fibra óptica y un detector especializado, lo que permitirá identificar los muones.
“El objetivo es que esta tecnología nos ayude a identificar muones con una eficiencia superior a 95 por ciento.”
De acuerdo con el investigador, aunque anteriormente se han construido dispositivos similares en México, ninguno ha contado con la capacidad y precisión que tendrá el MID.
Mientras equipos anteriores tenían menos de 100 canales para captar señales, el nuevo detector podrá leer hasta 10 mil canales.
Además, contará con un programa destinado a realizar estudios del plasma de quarks y gluones, un estado de la materia que aparece a temperaturas y densidades extremas, semejantes a las que existieron en los primeros momentos del universo.
En esas condiciones, los quarks y gluones, que normalmente permanecen unidos dentro de partículas como protones y neutrones, pueden desplazarse libremente.
Proyecto reúne a científicos de cinco países
Uno de los principales retos del proyecto es desarrollar un detector que combine alta eficiencia y bajo costo.
“México tiene grandes problemas nacionales y nosotros en esta tecnología que proponemos estamos reduciendo costos, para que sea una tecnología económica, con un desempeño físico excelente.”
Ortiz Velásquez destacó que proyectos de ciencia básica como éste también contribuyen al desarrollo del país, al impulsar la formación de especialistas, el desarrollo tecnológico y el procesamiento de grandes volúmenes de datos, además de generar redes de colaboración científica.
El proyecto MID reúne a más de 50 personas de México, Estados Unidos, República Checa, Hungría y Pakistán.
Por México participan:
- Instituto de Ciencias Nucleares de la UNAM.
- Instituto de Física de la UNAM.
- Benemérita Universidad Autónoma de Puebla.
- Universidad Autónoma de Sinaloa.
- Tecnológico Nacional de México.
- Centro de Investigación y de Estudios Avanzados.
Para el investigador, la posible incorporación del MID al experimento Alice-CERN representaría no sólo un logro científico para México, sino también una muestra de la capacidad del país para participar en proyectos internacionales de alta exigencia.
“Si un proyecto mexicano como éste, que contempla un dispositivo de identificación de partículas, fue aceptado por Alice-CERN, no sólo representa un gran logro para el país, sino que demuestra que México es un socio confiable en la investigación bajo altos estándares internacionales”.
