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La
puesta en marcha del nuevo colisionador de hadrones LHC del Centro Europeo de
Investigación Nuclear, en Ginebra, tiene como objeto alcanzar un
nivel de energía próximo al Big-Bang a partir del cual
comenzarían a colapsarse las partículas subatómicas y las fuerzas elementales de
la naturaleza que rigen nuestro Universo. Supone alcanzar el sueño de Einstein,
en el que la teoría de la relatividad fuera capaz de integrarse con la mecánica
cuántica y la física newtoniana en una única teoría final.
Además permitiría descubrir, de ser cierto, un campo que
todavía no se ha observado por ser casi indistinguible del vacío, el llamado
campo de Higgs, para explicar supuestos extremos en los que se generan más masa
de la que en principio interviene. También igualmente
constatar la viabilidad de otras teorías como la de las Cuerdas,
de la que se derivan nuevas dimensiones o planos de la realidad, contando
incluso con la posible creación de microagujeros negros. Algunas voces aisladas
dentro de la comunidad científica advierten en este sentido del riesgo que
supone experimentar con energías tan altas, pues se podría provocar la creación
de un gran agujero negro que engullese nuestro mundo.
La
puesta en marcha del nuevo colisionador de hadrones LHC del CERN (Centro Europeo
de Investigación Nuclear), llevada a cabo el 10 de
septiembre de 2008, ha despertado una gran expectación, si bien su inauguración
se vio ensombrecida por la incursión de unos piratas informáticos, que colocaron
un mensaje en los ordenadores para mostrar su vulnerabilidad.
En esta instalación se van a buscar las más ínfimas partículas de que
está hecha la materia, y se van a recrear los grandes fenómenos estelares que
ocurren a miles de millones de kilómetros de aquí, como es la formación de
agujeros negros, así que aunque sea experimentalmente se van a ver reunidas las
hasta ahora antagónicas física cuántica y física cosmológica.
Tanto Stephen Hawking como Peter Higgs van a seguir con mucho
interés el desarrollo de las investigaciones que aquí se lleven a cabo, puesto
que, en función de los resultados, uno de ellos podría conseguir el premio Nobel…
Eso si viven para verlo, como Higgs mismo ha dicho, puesto que poner el
acelerador a punto y que se vayan viendo los primeros avances va a llevar algún
tiempo y sus edades son ya algo avanzadas (66 y 79 años, respectivamente).
Además, nueve días después de su inicio el LHC sufrió una fuga de helio que va a
retrasar al menos dos meses el inicio de los experimentos.
LOS
ORÍGENES DEL LHC
Todo
comienza cuando el físico francés laureado con el premio Nobel,
Louis de Broglie,
propone en 1949 la creación de un laboratorio científico en la Conferencia
Europea de Cultura en Lausanne. La idea tiene repercusión especialmente en los
foros de la UNESCO y, tres años después, el Consejo Europeo para la
Investigación Nuclear, tras una reunión en Amsterdam, selecciona a Ginebra como
el lugar más indicado para su instalación. Fundado en 1954, y financiado
actualmente por 24 países europeos, el CERN se ha constituido como uno de los
más grandes e importantes laboratorios científicos actuales. Más de 7000
científicos, provenientes de laboratorios y universidades de todo el mundo, se
han consagrado a él en el estudio de los constituyentes de la materia y de la
naturaleza de las fuerzas fundamentales.
Con la
ratificación por los Estados Miembros en 1954 comienzan los primeros pasos que
en 1957 dan lugar al
primer acelerador de partículas Syncro-Cyclotron
SC. Inicialmente
pensado para alcanzar 600 MeV (mega-electrón-voltios) de energía, será superado
dos años más tarde por el Sincro-Cyclotron de Protones
SC de 28 GeV
(giga-e-v). El objetivo es alcanzar los niveles de energía próximos al
Big-Bang, estado de
energía indiferencia a partir del cual comenzarían a colapsarse las partículas
subatómicas y las fuerzas elementales de la naturaleza que rigen nuestro
Universo.
Dicho de
otra forma, se trata de alcanzar el sueño de Einstein, la
Teoría del Campo Unificado,
en el que la teoría de la relatividad fuera capaz de integrarse con la mecánica
cuántica y la física newtoniana, los tres paradigmas actuales de
la ciencia que dividen e impiden su integración en una teoría única. Ni que
decir de la proliferación de partículas nuevas que, a niveles de energía tan
altos, se han ido descubriendo durante estos años. Con el Gran Colisionador
Electrón-Positrón LEP
de 1981 o con el Super Syncrotón de Protones
SPS de 1976 se han
llegado a alcanzar niveles del orden de los 500 GeV.
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El LHC ( Gran
Colisionador de Hadrones) se
ha construido aprovechando las instalaciones del LEP.
La
participación de USA, Japón o Canadá, entre otros países comunitarios y
extraeuropeos, lo convierte en el proyecto más importante de la historia en
materia de física de partículas. Tiene
27 km de perímetro, y se encuentra entre 50 y 175 metros bajo tierra, en la
frontera entre Francia y Suiza, a las afueras de Ginebra. Para alcanzar su
extraordinaria potencia los imanes de los que se compone el interior del túnel
subterráneo tienen que estar a una temperatura de dos grados por encima del cero
absoluto, o lo que es lo mismo, a -271º C bajo cero. Esta
temperatura la consiguen mediante un sistema criogénico que utiliza helio
líquido superfluido. El objetivo del LHC es acelerar dos haces de protones que
circulen en direcciones contrarias en condiciones de vacío a energías de 7 TeV
(trillones de electronvoltios) y luego provocar su colisión para observar las
nuevas partículas que aparecen.
BOSONES, FERMIONES,
LEPTONES, HADRONES… LAS PARTÍCULAS ELEMENTALES
Aunque para la
mayoría de nosotros el átomo se reduce a protones, neutrones y electrones, en
realidad los físicos han descubierto nuevas partículas subatómicas y la
terminología se ha complicado notablemente. De entrada, las partículas
elementales se dividen en aquellas con masa (Fermiones) y aquellas otras que no
tienen masa sino que tan sólo transmiten fuerzas o, simplificando, simplemente
fuerzas (Bosones).
Dentro de los
bosones el más conocido por todos es el fotón,
responsable de las manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético que
caracteriza a la luz, o el gluón, portador de la fuerza nuclear fuerte que
mantiene unidos a protones y neutrones sin que se repelan.
También serían bosones los que caracterizan a las otras dos fuerzas elementales
de la naturaleza, además de las mencionadas, como son la fuerza nuclear débil (bosones
W y Z, en el caso de la radioactividad) y la de la gravedad (el todavía supuesto
graviton).
Los fermiones se
dividen a su vez en Leptones y Quarks. Hay seis tipos de leptones, entre ellos
el electrón, y seis tipos de quarks, que de manera simbólica se consideran
‘sabores’. Se denominan en inglés up, down, charm, strange, top y bottom, y
además se subdividen cada uno de ellos en función de su carga de ‘color’, en
rojo, verde y azul, si bien dicha denominación es también metafórica. Los
leptones aparecen aislados, mientras que los quarks se encuentran siempre unidos
formando pares o tríadas.
Todo esto compone el
llamado Modelo Estándar de Partículas. La mayoría de las partículas postuladas
ya se han aislado, y el resto podrían descubrirse gracias a estas nuevas
instalaciones del CERN. Pero no sabemos si son los componentes últimos de la
materia, o a escalas mucho más pequeñas habría otros elementos, como propone por
ejemplo la teoría de las supercuerdas, que considera todas estas diversas
partículas como expresiones y vibraciones de un único tipo de materia, la
supercuerda.
A las partículas
subatómicas compuestas por quarks y gluones (uno de los bosones), como son los
protones, se les llama Hadrones. Así que en resumidas cuentas, al hablar de
hadrones, el LHC está haciendo referencia a los protones. Las colisiones de
interés son aquellas que se vayan a producir entre un quark o un gluón de cada
uno de los protones que se encuentren. Porque la energía típica producida en el
LHC tras el choque de un quark con otro quark, de un quark con un gluón, o de
dos gluones entre sí, entre 0,1-1 TeV, puede convertirse en la masa de nuevas
partículas que se espera descubrir, como es el caso del famoso bosón de Higgs.
El Modelo estándar
de partículas propone un campo que todavía no se ha observado por ser casi
indistinguible del vacío, el llamado campo de Higgs, y una partícula con mucha masa
(al contrario de lo que sucede con el resto de los bosones), el bosón de Higgs,
necesaria para explicar las masas de todas las demás partículas que aparecen.
Trata de explicar supuestos extremos en los que
se genera más masa de la que
en principio interviene, pues de lo
contrario habría que suponer algo tan supuestamente
contradictorio
como es el hecho de que la materia
pudiera surgir del vacío.
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Y ahora mismo se da
la circunstancia de que el nuevo detector del LHC será capaz de detectar esta
partícula, si es que existe. De ahí la gran expectación. Un sólo resultado puede
respaldar o hacer tambalear toda una teoría en la que los científicos han puesto
sus esperanzas y su esfuerzo durante más de 40 años. Como curiosidad cabe decir
que Stephen Hawking, en declaraciones a la BBC, apostó 70 euros a que no se va a
encontrar la apodada partícula divina, o bosón de Higgs.
LO INFINITAMENTE GRANDE Y LO INFINITAMENTE PEQUEÑO
Muchos físicos han
desarrollado paralelamente teorías de supersimetría que proponen que todas las
partículas tienen (además de su antipartícula) una partícula que sería su
“sombra”, o su simétrica. Aunque no se han descubierto todavía partículas
simétricas, una de las postuladas, llamada neutralino, podría formar la materia
oscura del universo y si se encuentra en el LHC apoyaría las teorías de cuerdas.
Hasta ahora el acelerador más potente, alcanzando energías de 1 TeV, era el
Fermilab en Chicago, donde se descubrió en 1995 el último quark que faltaba por
encontrar, el llamado top. El LHC es siete veces más potente, por lo que podrá
responder a nuevas incógnitas. El Modelo estándar de partículas es capaz de
explicar, de momento, tres de las cuatro fuerzas que se han descrito en la
naturaleza: la fuerza débil, la fuerte y la electromagnética, dejando fuera la
fuerza de la gravedad.
Para explicar esta
fuerza desde el punto de vista de la física cuántica se propone otro bosón
llamado gravitón, una partícula mediadora de la atracción gravitatoria que, de
existir, daría respaldo a una Teoría del Todo que unificaría la física cuántica
y la relativista. Entre la física cuántica y la física relativista existen
grandes incompatibilidades, porque en el mundo de lo extremadamente pequeño todo
parece estar cuantizado, es decir, todo son partículas, mientras que en el mundo
de lo grande, el espacio-tiempo parece ser tan sólo una dimensión continua, si
bien elástica, y los efectos que provoca son puramente geométricos. Pero la
suma de lo pequeño hace lo grande, y lo grande debe estar compuesto por lo
pequeño, por tanto todo debe poder explicarse con las mismas leyes.
Hay un punto en que
estas dos ciencias confluyen y es en el origen del universo, donde hubo grandes
masas en volúmenes muy pequeños y a elevadísimas temperaturas. Es por ello que
se esperan con ansiedad los resultados obtenidos al recrear condiciones
semejantes a las que hubo en la primera milmillonésima de segundo a partir del
Big Bang.
Otro de los
descubrimientos que se puede llevar a cabo en el LHC es la observación de nuevas
dimensiones o planos de la realidad, como proponen las teorías de cuerdas, lo
cual podría permitir la creación de microagujeros negros. Los agujeros negros
son regiones del espacio en donde hay tal cantidad de masa concentrada que se
genera un campo gravitatorio tan grande que ni la luz puede escapar de él. Sin
embargo, si la radiación de Hawking se confirma (la cual predice que en el borde
de un agujero negro se va emitiendo algo de radiación, y por tanto va
disminuyendo la masa) entonces los microagujeros negros se evaporarían
inmediatamente, resultando totalmente inocuos.
Algunas voces
aisladas dentro de la comunidad científica piensan que entraña un cierto peligro
manejar esas altas energías en ese tipo de experimentos, pues se podría provocar
la creación de un gran agujero negro que supusiera el final de nuestro mundo.
Sin embargo, tales conjeturas no son compartidas por los físicos más eruditos.
Aun así, lector, ya sabes, si un día te levantas por la mañana y al abrir los
ojos no ves nada, o ha habido un corte de luz o has sido engullido por un
agujero negro…
IMAGENES
01: Simulación por
ordenador del choque de partículas elementales. | 02:
El LHC tiene 27
kms
de perímetro, y se encuentra entre 50 y 175 metros
bajo tierra, en la frontera entre Francia y Suiza, a las
afueras de Ginebra.
| 03:
Entrada al Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERN). | 04:
Pasillos del LHC del CERN. | 05: Vista transversal del Gran Colisionador de
Hadrones (LHC). |