Científicos del CERN usan Mathematica para crear el estado de la materia "Quark-Gluon Plasma"

Los científicos de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) en Ginebra, Suiza, crearon recientemente un nuevo estado de la materia llamado "quark-gluon plasma", el cual creen que conducirá a mayores descubrimientos sobre la evolución temprana del universo. Según la teoría, este estado de la materia —en el cual los quarks, los componentes más pequeños a partir de los cuales está hecha gran parte de la materia, y los gluons, las partículas asociadas con las fuerzas de interquark, se hallan sueltas y libres para moverse— existió por 10 microsegundos, aproximadamente, después del Big Bang. A medida que el universo se expandió y enfrió, el plasma se condensó en las partículas nucleares compuestas que reconocemos hoy (por ej., protones y neutrones).

En 1994, los investigadores del CERN decidieron verificar esta teoría, esperando recrear las condiciones que existían inmediatamente después del Big Bang, en un intento para "despegar" los quarks, y luego, observar su transición en las partículas complejas a medida que el sistema enfrió. Los experimentos implicaron el bombardeo de objetivos con un rayo fuertemente concentrado de iones de plomo de alta energía. Los iones primero fueron acelerados de estado de reposo a una energía intermedia en el complejo acelerador de partículas CERN Proton Synchrotron (PS), y luego fueron más acelerados en el Super Proton Synchrotron (SPS) a su energía final, antes de la eyección hacia los objetivos dentro de siete detectores experimentales diferentes. Las colisiones crearon temperaturas más de cien mil veces más altas que el centro del sol y densidades de energía equivalentes a veinte veces aquella de la materia nuclear común.

Según Mats Lindroos, líder de proyecto ABS en el CERN, Mathematica fue ampliamente utilizado en los experimentos, tanto para la parte analítica del control del acelerador como en línea como parte del software Automated Beam Steering and Shaping (ABS). La designación ABS incluye toda clase de algoritmos, paquetes de software y sistemas que son utilizados como herramientas inteligentes por operadores en las salas de control del acelerador para corrección de trayectorias, órbitas, puntos de trabajo y otras especificaciones.

En la primera etapa de la aceleración, las trayectorias del rayo son controladas en línea con el sistema ABS. El sistema ABS usa matrices de corrección precalculadas determinadas con BeamOptics, una aplicación de Mathematica que contiene todas las funciones clásicas de la teoría de óptica de partículas cargadas. "El paquete de Mathematica BeamOptics, el cual fue desarrollado aquí en el CERN, ha sido la bestia de carga del proyecto ABS project desde el comienzo de las actividades de ABS en la división PS", dice Lindroos.

El sistema ABS también requiere un optimizador que minimiza los errores de trayectorias usando un algoritmo llamado MICADO, el cual también es codificado en Mathematica. Dada una matriz de corrección y función, MICADO computa valores para los correctores que minimizarán los errores en la función, con la salida mostrando gráficamente la utilidad de cada uno de los correctores para minimizar el error. La interfaz de usuario de gráficos se comunica con el algoritmos vía MathLink.

Para información más detallada sobre el "Little Bang" y el programa de Iones Pesados del CERN visite el sitio web del CERN en http://public.web.cern.ch/Public/Welcome.html.

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