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CERN es la Organización Europea para Investigación Nuclear, el centro de física de partículas más grande del mundo.

Fundado en 1954, el laboratorio es uno de las primeras empresas a riesgo compartido de Europa que cuenta ahora con 20 Estados Miembros.

El primer acelerador de CERN, un sincro-ciclotrón de protones de 600 MeV comienza a ser operado en 1954 (Felix Bloch director general en este año). Uno de los primeros logros experimentales es la observación del decaimiento del pion en un electrón y un neutrino. Más tarde, en 1959, se logró alcanzar una energía de 28 GeV con el sincrotrón de protones PS, que en ese tiempo era el acelerador de más alta energía en el mundo.

CERN comisiona el ISOLDE Separador de Isótopos en-Línea para el studio de los núcleos de vidas muy cortas. Esta facilidad de clase mundial extiende el rango de la investigación del CERN. Bajo un acuerdo especial entre el CERN y Francia, el trabajo comienza en la cámara líquida de burbujas pesada en Gargamelle. CERN, Francia y Alemania, construyen una cámara de burbujas de hidrógeno de 3.7 metros equipada con el imán superconductor más grande en el mundo.

La invención de las cámaras proporcionales multialámbricas revoluciona el dominio de los detectors electrónicos de partículas.

Un complejo injector de cuatro anillos de 800 MeV es construido para incrementar la energía inyectada del PS. Con el inyector y el nuevo Linac (acelerador lineal), que comienza a operar en 1978, la máquina PS excede la intensidad esperada del diseño por más de millares. Este sistema interconector de aceleradores, con el PS como el tubo central, provee una variedad de rayos de partículas (no paralelos) y de posibilidades de investigación.

Los primeros descubrimientos en el ISR (anillos intersectores de almacenaje) muestran que los protones incrementan su tamaño cuando su energía es incrementada; u las partículas que emergen a ángulos extensos revelan la dispersión entre las partículas constituyentes dentro de los protones. La cámara de burbujas en Gargamelle en un rayo de neutrinos en el PS provee uno de los descubrimientos más importantes del CERN: los neutrinos pueden interactuar con otras partículas y permanecen como neutrinos. Esta “interacción de corriente neutral” es un fuerte apoyo a una teoría que intenta unir nuestro entendimiento de la fuerza débil –governando fenómenos tales como el de la radioactividad- con la fuerza electromagnética.

Comienza la operación del Super Sincrotrón de Protones (SPS). La capacidad del acelerador alcanza un pico de energía de 500 GeV.

Descubrimiento histórico de los bosones W y el boson Z, los portadores de la fuerza nuclear débil. Esto confirma la teoría unificadora de las fuerzas débil y electromagnética, la “teoría electrodébil”.

Tim Berners-Lee, junto con Robert Cailliau en CERN, proponen un sistema de información distribuida, basado en el “hipertexto”, una manera de conectar piezas relacionadas de información almacenada en computadoras. Escondiendo direcciones de red detrás de ítems resaltados en la pantalla, la información puede ser conectada entre varias computadoras. El nombre escogido fue “World Wide Web”.

En Septiembre de 1995, un equipo internacional liderado por Walter Oelert, tuvieron éxito sintetizando átomos de antimateria de sus partículas constituyentes. La creación de átomos de antimateria en el CERN ha abierto puertas a la exploración sistemática del antimundo.

Experimentos en el CERN presentan evidencia de un Nuevo estado de material 20 veces más densa que la material nuclear, en la cual los quarks, en lugar de estar ligados a partículas más complejas como protons o neutrones, son capaces de permanecer libres. Este estado, el “plasma quark-gluon”, debe haber existido solo unos microsegundos después del Big Bang, antes de la formación de partículas de material.

Este año el CERN anuncia sus resultados finales en la violación directa de Carga y Paridad, violación-CP, el sutil efecto que explica la preferencia de la naturaleza por la materia sobre la antimateria. Los resultados demuestran sin duda que la violación directa de CP existe.

En la facilidad Decelerador Antiprotón (AD), la colaboración ATHENA anunció la primer producción controlada de grandes cantidades de átomos de antihidrógeno a bajas energía. La colaboración ATRAP del CERN fue pionera de esta tecnología de interceptación.

Desde su creación, CERN ha hecho varios descubrimientos importantes por los cuales científicos en el CERN han recibido prestigiosos premios, incluyendo Premios Nobel. Este es un breve resumen de los premios destacados:

Georges Charpack, un físico del CERN desde 1959, recibió el Premio Nobel en 1992 por “su invención y desarrollo de los detectores de partículas, en particular la cámara proporcional multialámbrica, que abrió una brecha en las técnicas para explorar las íntimas partes de la materia”. La cámara proporcional multialámbrica de Charpak, inventada en 1968, y sus subsecuentes desarrollos abrieron las puertas a una era de detección electrónica de partículas. Los detectores de Charpak son utilizados en la investigación biológica y podrían eventualmente reemplazar la grabación fotográfica en las aplicaciones de radio-biología. El incremento de las velocidades de grabación se traducen a exploraciones más rápidas y menores dosis de radiación en el cuerpo en los instrumentos de diagnósticos médicos.
1952. El director general Felix Bloch junto con Edward Mills Purcell, fueron reconocidos con el Premio Nobel por "el desarrollo conjunto de nuevos métodos para medidas magneticas nucleares de precisión, y sus descubrimientos derivados de las aplicación de estos métodos".
En 1960 Glashow, Weinberg y Salam desarrollaron una teoría que unificaba las fuerzas electromagnéticas y débiles, la fuerza electro-débil. La teoría era muy atractiva, y predecía que la fuerza débil también debería tener una partícula portadora neutra. El problema era que tales reacciones de intercambio neutras o reacciones de corrientes neutras, nunca habían sido observadas en reacciones nucleares débiles. Esta era la situación hasta 1972, cuando, en un experimento conducido por Andre Lagarrigue, un neutrino invisible pasó a través de la gigante cámara de burbujas Gargamelle, trazando un electrón desde su producción. La observación directa de los dos bosones cargados W+, W-, y su contraparte neutral el Z0, tuvo que esperar al funcionamiento del colimador de proton-antiprotón en el CERN en 1983, dando por tanto la confirmación de la teoría de Glasgow, Weinberg y Salam.
1984. Carlo Rubbia y Simon Van der Meer recibieron el Premio Nobel de física por “sus decisivas contribuciones al gran proyecto que llevó al descubrimiento de las partículas de campo W y Z, comunicadores de la interacción débil”. El proyecto fue una magnífica ejecución la colisión entre protones y antiprotones en el Super Proton Syncrotron. Los resultados experimentales confirmaron la unificación de las fuerzas débil y electromagnética, la teoría electrodébil del Modelo Estándar.
1976. Samuel Chao Chung Ting junto con Burt Richter fueron reconocidos con el Premio Nobel, "por su trabajo pionero en el descubrimiento de un nuevo tipo de partícula elemental pesada”. Descubierta en 1974, la llamada J/psi es un compuesto quark-antiquark charm.
En 1979 CERN capitalizó en su inversion en el ISR (Intersecting Storage Rings) decidiendo converter su Nuevo SPS sincrotrón de protons en el primer colimador de protón-antiprotón. La idea era usar el nuevo sincrotrón de protons (PS) para alimentar dos anillos interconectados, donde dos rayos intensos de protons fueran ser construidos y después hacerlos colimar. Pero transferir tantas partículas desde el sincrotrón y aglomerarlas en pequeños bonches de protons significaba sobrepasar muchos límites y retos tecnológicos que en aquel entonces existían. Nuevas técnicas de alto vacío tuvieron que ser desarrolladas y nuevos métodos para controlar rayos de partículas tuvieron que ser dominados. La invención del enfriamento estocástico, por Simon Van Der Meer, fue la llave para el éxito. Las primeras coilisiones de proton-antiprotón fueron alcanzadas solo dos años después de que el proyecto fue aprovado.
1988. Jack Steinberger, un físico del CERN desde finales de los 60´s y jefe del experimento en ese tiempo, fue reconocido con el Premio Nobel, junto con Leon Lederman y Mel Schwartz, por “el método de rayo de neutrinos y la demostración de la estructura doublet de los leptones a través del descubrimiento del neutrino muon”. El descubrimiento, hecho en 1962 en el Laboratorio de Brookhaven (U.S.A), confirmó un postulado básico de la teoría contemporánea del lepton.
En 1989, Tim Berbers-Lee, un científico del CERN, inventó la WorlWideWeb 1989, Tim Berners-Lee, a scientist at CERN, invented the World Wide Web. La Web, como fue llamada entonces, fue originalmente desarrollada para satisfacer la demanda de compartir la información de manera automática entre científicos trabajando en distintas universidades e institutos en todo el mundo.

El CERN opera(ba) una red de 6 aceleradores y un decelerador. Cada máquina en la cadena incrementa la energía de los haces de partículas antes de pasar por los experimentos o el acelerador próximo más poderoso. Las máquinas activas hasta el 2005 (antes de convertirse en el nuevo Gran Colimador de Hadrones (LHC)) eran :

Dos aceleradores lineales que generan partículas de baja energía que se inyectan en el Sincrotrón de Protones. Uno es para protones y otro para iones pesados. Son conocidos como Linac2 y Linac3 respectivamente.
El PS Booster, que incrementa la energía de las partículas generadas por los aceleradores lineales antes de ser transeferidas a los otros aceleradores.
El PS Sincrotrón de Protones de 28 GeV que se contruyó en 1959 y que aun operaba como el alimentador de uno más poderoso el SPS.
El Super Sincrotrón de Protones (SPS), un acelerador circular con un diámetro de 2 kilómetros construido en un túnel, que comenzó a operar en el 76. Fue diseñado para depositar una de 300 GeV y fue gradualmente aumentando hasta los 450 GeV. Así como tiene sus propias trayectorias para los rayos de partículas hacia experimentos de blanco fijo, también inyecta los haces en el Gran Colimador de Electrón-Positrón. Desde el 2007 comenzará a inyectar protones e iones pesados en el LHC.
El Separador de Masas de Isótopos en Línea (ISOLDE), el cual es usado para etsudiare núcleos inestables. Las partículas son aceleradas en el PS Booster antes de entrar al ISOLDE. Se actualizó en 1992.
El Decelerador de Antiprotones (AD), el cual reduce la velocidad de los antiprotones al 10% de la velocidad de la luz, para la investigación de la antimateria.

Observan lo que sucede cuando se hace incidir un haz de partículas sobre los átomos del blanco.

ISOLDE (Separador de Masa en Línea), es una fuente única en su tipo de isótopos inestables radioactivos de baja energía localizados en el inyector del sincrotrón de protones. Estudios sobre estos isótopos permiten a los científicos refinar sus modelos de núcleos atómicos, con aplicaciones que tienen un rango de alcance desde la astrofísica hasta la industria y medicina.

En los experimentos del AD (Decelador Antiprotón), los científicos tratan de unir piezas de antimateria,

En los experimentos del PS (Sincrotrón de Protones), los científicos se centran en hacer mediciones precisas de propiedades muy específicas de átomos especiales y partículas.

En el SPS (super sincrotrón de protones), COMPASS se enfoca en estudiar solo a los hadrones de la material ordinaria, cómo están compuestos y en particular que contribuye al spin del nucleón.

Observan las colisiones (frente a frente) de dos haces de partículas viajando en direcciones opuestas.

Hasta hace poco tiempo, cuatro grandes experimentos de colisiones estaban en marcha en el LEP (Colimador de electrones y positrones). Con sus 2.7 km de circunferencia, el LEP era la máquina más grande del mundo.

Los cuatro inmensos detectors fueron optimizados de forma diferente para estudiar en detalle minúsculo varios aspectos de la física de las fuerzas electromagnética y débil. Durante los casi 12 años de su actividad, los experimentos han permitido obtener pruebas extremadamente precisas del Modelo Estándar, y muchos más resultados vendrán de los datos que ahora se están analizando.

La mayoría de las actividades en el CERN están ahora dirigidas hacia la construcción del nuevo Gran Colimador de Hadrones (LHC) y los experimentos para él, debido al cominzo de su funcionamiento en el 2007. Est utilizará los 27 km de circunferencia del túnel ocupado por el LEP, que fue cerrado en Noviembre del 2000, y los complejos PS/SPS para pre-acelerar los protones que se inyectarán a él. El LHC podrá colimar dos haces de protones a una energía de 14 TeV. Rayos de plomo pesado también serán acelerados, impactándose con una energía de colisión entre 1150 TeV. Esto permitirá a los científicos penetrar aún más dentro de la estructura de la materia y recrear las condiciones que prevalecían en l universo sólo 10-12 s después del Big Bang.

El túnel se encuentra 100 metros bajo tierra, en la región entre el aeropuerto de Geneva y las montañas aledañas del Jura. Cinco experimentos están siendo construidos, y estarán en el colimador; cada uno estudiará colisiones entre partículas dese un punto de vista distinto, y con diferentes tecnologías:

Para la construcción de estos experimentos fue necesario un esfuerzo extraordinario en ingeniería. Como un ejemplo, para bajar las piezas del experimento CMS dentro de la caverna bajo tierra que lo hospeda, se necesitó una grúa especial rentada a una compañía Belga, que podía levantar casi las 2000 toneladas de cada pieza. El primero de los 5,000 magnetos aproximadamente necesarios para la construcción fue colocado en el 2005.

Este acelerador generará cantidades inmensas de datos, los cuales el CERN distribuirá a laboratorios alrededor del mundo para su proceo. En abril del 2005, una prueba satisfactoriamente distribuyó 600 MB por segundo a siete distintos sitios en el mundo. Si todos los datos generados en el LHC deben ser analizados, los científicos deberán alcanzar el triple del poder de distribución antes del 2007. El acelerador LEP

This accelerator will generate vast quantities of computer data, which CERN will stream to laboratories around the world for distributed processing. In April 2005, a trial successfully streamed 600MB per second to seven different sites across the world. If all the data generated by the LHC is to be analysed, then scientists must achieve triple this before 2007.

En la búsqueda por determinar la masa de los neutrinos, el proyecto CERN Neutrino to Gran Sasso (CNGS) enviará un rayo de neutrino de alta-energía desde el CERN hasta el laboratorio Gran Sasso en Italia, a 730 km a través de la Tierra. http://proj-cngs.web.cern.ch/proj-cngs/