El LHC se prepara para el apilado de datos

Aparecido en Nature News

El acelerador de partículas más grande del mundo esta "rugiendo" por un camino sin precedentes, enviando un torrente de datos a los físicos que trabajan con él. Pero los cientos de millones de colisiones que ocurren dentro de la máquina cada segundo están creciendo en una gruesa niebla que, paradójicamente, amenaza con oscurecer un legendario hallazgo: el bosón de Higgs.

El problema se conoce como apilado y promete ser uno de los mayores retos este año para los científicos que están trabajando en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN, el principal laboratorio de alta energía de Europa cerca de Ginebra, Suiza.

Grandes cantidades de poder de computación, astutos programas y trucos técnicos ayudan a los científicos a permanecer alejados del problema. Pero los investigadores todavía pueden necesitar reescalar las colisiones para encontrar el largo tiempo buscado Higgs, la manifestación de un campo que se cree confiere masa a otras partículas.

Si existe, el Higgs aparecerá fugazmente dentro de la máquina antes de decaer en otras partículas más ligeras. El año pasado, los dos mayores detectores en el LHC vieron indicios del Higgs con una masa de 125 GeV aproximadamente (energía y masa son intercambiables en física de partículas). Este año los investigadores quieren recopilar más datos para ver si esas señales crecen hasta la certeza o se debilitan hasta la nada.

Desde que comenzó su última carrera científica el pasado mes, el LHC ha estado estrujando billones de protones en cada vez más pequeños grupos, y chocando esos grupos decenas de millones de veces por segundo. Los datos resultantes se miden en femtobarns (fb^-1)a la inversa, una unidad más o menos equivalente a 100 billones de colisiones. Solo en el mes pasado el LHC registró 1 fb^-1 de colisiones aprovechables. Hacia el final del año su objetivo había conseguido 15 fb^-1.

Para recoger estos datos los investigadores han impulsado el colisionador de dos maneras: acelerando las partículas a energías cada vez más grandes e incrementando el número de colisiones. Mayores energías permiten que se produzcan partículas más pesadas, pero es el número de colisiones lo que determina si los físicos tienen suficientes datos para declarar un descubrimiento. En las próximas semanas los científicos empaquetarán más protones dentro de la máquina y focalizarán las partículas tan estrechamente como sea posible en los puntos de colisión en el centro de los dos mayores detectores del LHC. Ya "lo hemos hecho muchísimo mejor de lo que pensamos que lo haríamos", dice Mike Lamont, el jefe de las operaciones de aceleración del CERN.

Cada vez que dos estrechamente empaquetados grupos de protones se cruzan, generan no una colisión sino un promedio de 27, dice Lamont. Pero dentro de unas pocas semans, el número se espera que se incremente a una media de 30, alcanzando un pico alrededor de las 40 colisiones por cruce. Los dos detectores principales del LHC fueron diseñados para tratar solo con unas docenas de colisiones a la vez. Pero se las han arreglado muy bien hasta ahora.

Cada detector está formado por capas de detectores más pequeños que registran cada traza de los restos que provienen de sus centros. Cuando una colisión sucede, los ordenadores situados arriba de la máquina deciden cuales de los datos son interesantes y, si es así, reconstruyen la colisión a partir de las trazas. Pero cuando docenas de colisiones ocurren a la vez, los ordenadores pueden desenmarañarlas.

El pasado año, los investigadores que trabajaban con el detector ATLAS formaron una fuerza de trabajo para acometer el problema del apilamiento, reescribiendo los códigos de computación de tal manera que el detector pudiera capear con las colisiones extra. El miembro de equipo Andreas Salzburger dice que el grupo ha estado trabajando duro para despejar las partículas "fantasma" que aparecían cuando los caminos de varias partículas se alineaban, creando la ilusión de una partícula que realmente no estaba allí. Eliminando esos fantasmas tan pronto como es posible se reduce la cantidad de poder de computación necesario para tratar los datos útiles, dice Salzburger.

En el CMS, el detector rival del ATLAS, los físicos han entrenados sus algoritmos para priorizar los datos al vuelo, analizando las trazas de partículas en orden de complejidad. "¿Has jugado alguna vez al juego "recoge los palos"?", pregunta Joe Incandela, el portavoz del CMS. "Recoges los más fáciles primero, y eso simplifica el tratar con los otros". El equipo también está trabajando en vías librarse de las señales de los "loopers", partículas de baja energía que se mueven en espiral a lo largo de las líneas de campo magnético del detector, generando datos que son irrelevantes para la caza del Higgs.

Semejantes trucos probablemente sean menos efectivos que el que el número de colisiones se incremente. El los extremos de la máquina, los segmentos del detector son más grandes y tienen una resolución más basta, así que puede no ser posible desenmarañar algunas de las trazas. Eso puede reducir la capacidad del detector para recoger una firma del Higgs: el decaimiento a un par de bosones W, que causa una cascada de partículas que son necesarias de ser capturadas en esos segmentos exteriores.

Por ahora, las montañas de datos extra deberían contrarrestar lo que se pierde por el apilado. Los investigadores esperan no perder más del 15% de los sucesos de la más probable vía de decaimiento del Higgs, la cual produce dos rayos gamma. Y si el ATLAS y el CMS no pueden tratar con las partículas extra que surjan de la máquina, dice Lamont, los físicos del acelerador están preparados para "telefonearle" de nuevo. Pero "si pueden hacerlo, se lo daremos" dice.