Masterclass física de partículas por el CIEMAT

El miércoles 11 de noviembre de 2020 varios alumnos de segundo de Bachillerato B asistimos a una masterclass de física de partículas impartida por algunos investigadores del CIEMAT. Entre otras cosas, nos hablaron sobre el modelo estándar, la antimateria, el bosón de Higgs y uno de los detectores en el LHC llamado CMS (Compact Muon Solenoid).

Para comenzar la sesión, empezamos con una explicación básica sobre el modelo estándar. Este es un modelo que clasifica las partículas elementales que conocemos (quarks, neutrinos, electrones, muones, tauones, fotones, gluones, gravitones y los bosones W, Z y de Higgs) en dos grandes grupos: fermiones (con spin no entero) y bosones (con spin entero). Los primeros son los que forman la materia que conocemos (protones, neutrones), y los segundos son los que se encargan de transmitir las interacciones fundamentales (que son 4, la fuerza nuclear fuerte, la fuerza nuclear débil, la electromagnética y la gravitatoria).

Dentro de este modelo también se incluyen unas versiones de las partículas mencionadas con una carga opuesta (es decir, al haber electrones también hay antielectrones, o positrones, con carga positiva en vez de negativa). Así, el modelo estándar comprende hasta 36 partículas fundamentales diferentes. Cuando una partícula y su correspondiente antipartícula colisionan, ocurre lo que llamamos aniquilación, un proceso mediante el cual la masa de las partículas que colisionan se convierte en energía en forma de fotones.

A continuación, en la masterclass nos explicaron el funcionamiento y estructura del CMS, que luego utilizamos para determinar las diferentes desintegraciones que se producían en él. El CMS funciona como un perito en los accidentes de carretera, que trata de determinar la trayectoria de los coches. De la misma manera, el CMS trata de determinar la trayectoria de las partículas y su energía utilizando sus numerosos sensores (calorímetros, solenoide superconductor y cámaras de muones), para luego determinar de qué partículas se tratan y de qué desintegración provienen. Para poder hacer esto, el CMS hace 40 millones de medidas por segundo, esto es una medida cada 0.000000025 segundos. Así, se generan millones de puntos de datos, que luego se analizan y se visualizan.

CMS

Imagen del CMS desde el exterior (Fuente: http://cms.ciemat.es/)

Después de la explicación introductoria y teórica a la física de partículas, procedimos a un taller práctico acerca de los contenidos más genéricos trabajados anteriormente. En dicho ejercicio, se nos ofrecieron una serie de datos reales tomados por el CMS de forma gráfica. Nos dejaron 100 casos por alumno. Con ello aprendimos a identificar de los esquemas gráficos producidos por la CMS los algunos tipos de partículas elementales (neutrinos, electrones y muones) y a clasificarlos en sus respectivos bosones (W y Z).

Partículas

Imagen tomada del simulador de datos de la CMS donde podemos apreciar partículas como muones (línea y figuras de color rojo), un neutrino (línea de color rosa) y electrones (líneas de color verde)

Con los datos obtenidos, los moderadores crearon unas gráficas que mostraban la dispersión de nuestras conclusiones con la realidad. A pesar de la aleatoriedad con la que algunos de los 83 alumnos realizaron su práctica y los errores cometidos por falta de experiencia, los resultados fueron bastante satisfactorios por su parecido con los reales. Nuestro grupo estuvo bastante acertado comparado con la línea general de los demás.

Para finalizar la masterclass, se realizó un Kahoot! en el que podemos afirmar orgullosos que varios compañeros entraron entre los 10 mejores y uno entre los 5 mejores resultados del cuestionario.

Sin duda alguna esta ha sido una muy enriquecedora e interesante experiencia y que además ha fluido muy bien gracias a la organización del CIEMAT. ¡Gracias!

Pedro Hernández y Jorge Huerta (2º Bachillerato)

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