Large Hadron Collider en el taller de reparaciones

Interior del tunel del LHC

Comentaba en un post anterior la posibilidad de que al finalizar las vacaciones se pusiese en marcha el experimento del LHC (Large Hadron Collider). Pues bien, el 10 de septiembre se consiguió emitir un haz de protones a través de los 27 km del túnel circular del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) y por la tarde se consiguió que otro haz completara el recorrido en sentido contrario. A esto se le llamó un doble éxito. Este éxito inmediato daba a suponer que en un mes el LHC estaría preparado para los experimentos.
Después de 9 días de puesta a punto, al menos una bobina magnética superconductora fallo, dejando escapar gas helio dentro del túnel subterráneo que alberga el LHC. Estas bobinas magnéticas superconductoras son imprescindibles para guiar y acelerar a los protones a lo largo del anillo circular del LHC sin que choquen con las paredes. En total hay 9593 bobinas superconductoras de 15 metros de largo y 35 toneladas de peso que tienen que funcionar a 1,9K (-271,3 ºC) para tener la propiedad de superconductor.
Estas bobinas son electroimanes superconductores capaces de generar 8.3 T (Tesla) en su interior, en comparación el campo magnético de la Tierra es de 0,00003 T. Están construidas con cables de niobio y titanio (NbTi) adquieren la propiedad de superconductor a temperaturas debajo de 10 K (-263,2 ºC). Esto significa que pueden conducir la electricidad sin resistencia. El LHC funciona a una temperatura de 1,9 K (-271,3 ºC), la cual es menor que la temperatura del espacio intergaláctico, que son 2,7 K (-270,5 ºC).
¿Porque es necesaria la superconductividad?. Para generar el campo magnético de 8.3 T es necesario aplicar una corriente de 11700 A (Amperios). Para hacerse una idea, el cuerpo humano no resiste una corriente superior a 0,03 A. En nuestras casas la intensidad es del orden de 10 amperios y en la descarga de una rayo se transporta una corriente de unos 30000 A. La corriente al circular por un conductor con cierta resistencia genera calor (es lo que se conoce como efecto Joule). Además este calor depende del cuadrado de la intensidad. Si aumenta un poco la intensidad el calor disipado aumenta mucho más. Con todo esto, si las bobinas electromagnéticas por donde circula la corriente de 11700 A no fuesen superconductoras, tendrían resistencia y se calentarían mucho más allá del punto de fusión. Es decir, la bobina se fundiría. Para conseguir la superconductividad (resistencia cero) se tiene que enfriar el material bombeando helio líquido dentro del sistema de bobinas. En total se necesitan 120 toneladas de helio para refrigerar todo el mecanismo del LHC.
Seguramente el fallo se origino por una mala conexión eléctrica entre dos bobinas. Esto produjo la fusión de un trozo de cable y como consecuencia perdió su propiedad superconductora, empezó a comportarse como un cable ordinario con resistencia y el calor disipado terminó por fundirlo más. Se cree que pasó de 2 K a 100 K. El helio refrigerante salió de la bobina llenando la parte del sector 3-4 del anillo circular.
Para inspeccionar las bobinas primero hay que acondicionar el túnel, esto llevará un mes. El CERN dedica el invierno a tareas de mantenimiento, de manera que el experimento físico más esperado tendrá que esperar hasta la primavera del año 2009.
Esto me deja un margen de tiempo suficiente para hablar del LHC, de las partículas fundamentales y de la partícula de Higgs en los próximos posts. Por supuesto siempre y cuando no se me fundan las pocas neuronas que ya me van quedando.