Los científicos del CERN utilizan Mathematica para crear el estado de materia "plasma de quarks y gluones"

"El paquete de Mathematica BeamOptics, el cual fue desarrollado aquí en el CERN, ha sido la pieza central del proyecto ABS desde el inicio de las actividades del ABS en la división PS."

Los científicos de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) en Ginebra, Suiza, han creado recientemente un nuevo estado de materia llamado "plasma de quarks y gluones", el cual creen conducirá a una mayor comprensión de la evolución temprana del universo. Según la teoría, este estado de la materia, en el cual los quarks, los componentes más diminutos de gran parte de la materia, y los gluones, las partículas asociadas a las fuerzas interquark, están libres y sin unirse, existió durante unos 10 microsegundos después del Big Bang. A medida que el universo se expandía y enfriaba, el plasma se condensó en las partículas nucleares compuestas que hoy reconocemos (por ejemplo, protones y neutrones).

En 1994, los investigadores del CERN se propusieron verificar esta teoría, con la esperanza de recrear las condiciones que existieron inmediatamente después del Big Bang en un intento de "despegar" los quarks y observar su transición a partículas complejas a medida que el sistema se enfriaba. Los experimentos consistieron en bombardear objetivos con un haz de iones de plomo de alta energía, fuertemente enfocado. Los iones primiero fueron acelerados desde el reposo hasta una energía intermedia en el complejo acelerador de partículas del Sincrotrón de protones (PS) del CERN, y luego fueron acelerados aún más en el Super sincrotrón de protones (SPS) hasta alcanzar su energía final, antes de ser lanzados hacia los objetivos dentro de siete detectores experimentales diferentes. Las colisiones generaron temperaturas más de cien mil veces superiores a la del centro del sol y densidades de energía veinte veces mayores que la de la materia nuclear ordinaria.

Según Mats Lindroos, líder del proyecto ABS en el CERN, Mathematica se utilizó ampliamente 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 denominación ABS incluye todas las formas de algoritmos, paquetes de software y sistemas que son utilizados como herramientas inteligentes por los operadores en las salas de control del acelerador para la corrección de trayectorias, órbitas, puntos de operación y otras especificaciones.

En la primera etapa de la aceleración, las trayectorias del haz se controlan en línea mediante el sistema ABS, el cual utiliza matrices de corrección precalculadas determinadas mediante 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 pieza central del proyecto ABS desde el inicio de las actividades del ABS en la división PS", afirma Lindroos.

El sistema ABS también invoca a un optimizador que minimiza los errores de trayectorias mediante un algoritmo llamado MICADO, el cual también está codificado en Mathematica. Dada una matriz y función de corrección, MICADO calcula valores para los correctores que minimizarán el error en la función, mostrando gráficamente cuán útil es cada uno de los correctores en la minimización del error. La interfaz gráfica de usuario se comunica con el algoritmo a través de MathLink.

Para obtener información más detallada sobre el "Pequeño Big Bang" y el programa de iones pesados del CERN, visite la página web del CERN en http://public.web.cern.ch/Public/Welcome.html.