Friday, October 3, 2008

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC)

Por S. Almaraz

El LHC es el último y mas poderoso acelerador de partículas que se ha construido en el mundo, es un proyecto internacional de investigación en física de partículas basado en el laboratorio europeo CERN que se encuentra en Ginebra, Suiza. Aquí, físicos e ingenieros de 111 paises crearon y llevan a cabo actualmente el experimento científico más grande realizado en la historia de la humanidad.

Este gigantesco instrumento científico es un acelerador de partículas localizado 100 metros bajo tierra en la frontera entre Suiza y Francia, en donde 2 haces de partículas subatómicas llamadas "Hadrones" (los cuales en este caso seran protones o iones de Plomo) viajarán en direcciones opuestas dentro del acelerador, ganando energía con cada vuelta hasta alcanzar la energía máxima y chocar de frente, generando partículas jamas vistas que los científicos analizaran utilizando los diferentes detectores construidos y dedicados especialmente para el LHC.

Con sus 27 kilometros de circunferencia, el LHC es la máquina más grande y poderosa creada por el hombre; a su máxima potencia, los protones viajarán a 99.99% de la velocidad de la luz generando alrededor de 600 millones de colisiones por segundo a 14 TeV (tera-electronvoltios). En el instante en que los protones choquen de frente, se alcanzarán temperaturas 100,000 veces más altas que la del centro del sol. En contraste, el sistema cryogénico consiste de Helio superfluido que circula alrededor del anillo del acelerador, el cual lo mantiene a una temperatura de -271.3 °C, haciendolo aún más frio que el espacio exterior. Para evitar las colisiones con partículas de gas en el interior del acelerador, los haces de partículas viajarán en ultra alto vacio (tan vacio o más que el espacio interplanetario). Para detectar y registrar esta gran cantidad de eventos se han construido los detectores más grandes y sofisticados asi como el sistema de supercomputadoras más poderoso en el mundo.

Existen muchas teorias acerca de cuales serán los resultados de estas colisiones. El LHC ha sido construido para ayudar a encontrar respuestas a algunas de las preguntas fundamentales y aún sin resolver en la física de partículas. El conocimiento de las partículas fundamentales de las cuales esta hecho el universo y sus interacciones, esta encapsulado en lo que es conocido como el “Modelo Estándar” de la física de partículas. Sin embargo existen vacios en la teoria, los cuales se pretenden llenar con los datos experimentales arrojados por el LHC, solo estos datos pueden ampliar nuestro conocimiento e inclinar la balanza en favor de aquellos que buscan confirmación del conocimiento establecido o de los que sueñan desafiarlo.

¿Qué pasaría si algo sale mal en el LHC?, como se ha mencionado, este alcanzará energías jamás producidas por el hombre, ¿hay probabilidades de lo que se pretende crear con esta máquina nos destruya? Existen muchas dudas acerca de lo que descubrirá el LHC, por eso mismo, algunos miembros de la comunidad científica han demandado judicialmente al proyecto para que se haga una valoracion de riesgos [1]. El proyecto del LHC ha sido sometido y ha aprobado rigurosos exámenes de seguridad y confiabilidad.

El punto fundamental es que aunque el LHC alcanzará las más altas energías producidas en un acelerador de partículas, energías de esta magnitud o mayores, se producen a menudo en el espacio exterior, por ejemplo en los rayos cósmicos. Asi lo que se produzca en el LHC, es algo que la naturaleza ha estado produciendo continuamente. Además la máxima energía producida esta restringida a un pequeño volumen al interior de los detectores, los cuales estan diseñados para detectar, interactuar, localizar y detener todo lo que se produzca (a excepción de los neutrinos), ya que capturar todas las diferentes formas de energía es escencial para identificar que tipo de partículas se han producido. El peligro principal es para el acelerador mismo, la mayor preocupación es que la energía pueda ser deflectada hacia las paredes, la linea del haz o los imanes del LHC, lo que causaría grandes destrozos. Por ello, el LHC esta equipado con varios sistemas de seguridad automáticos los cuales monitorean todas las partes críticas del acelerador y si algo no esperado en el funcionamiento sucede se cortará la energía automaticamente y se desviará el haz de partículas hacia un tunel dispuesto para disipar la energía en forma segura.



Algunas preguntas sin respuesta…

Los científicos creen que nuestro unvierso se originó a partir de una explosión inimaginablemente violenta a la que se le conoce como “Big Bang”, a partir de ahi, el unvierso se ha ido enfriando y volviendo menos energético. Se piensa que muy temprano en el proceso de enfriamiento, la materia y las fuerzas que forman nuestro universo se condensaron a partir de esta bola de energía, sin embargo no se entiende cómo y por qué se desarrollo el universo de la manera que lo vemos ahora. Las colisiones que se produciran en el LHC recrearan en microescala las energías y las condiciones que existieron en el universo millonésimas de segundo después del Big Bang, dando respuesta a algunas de las preguntas fundamentales y mas audaces de la ciencia.

El bosón de Higgs y el misterio de la masa.

Sabemos que algunas partículas como el electrón o los quarks, tienen masa, sin embargo, otras como los fotones no tienen, la pregunta es entonces ¿qué es la masa?, o ¿por qué algunas particulas tienen masa y otras no? La respuesta mas aceptada propone la existencia de un campo (el campo de Higgs) el cual permea todo el universo e interactua con solo algunas partículas dandoles masa. Si la teoria es acertada el campo de Higgs se debe revelar como una partícula, el bosón de Higgs, la cual deberia ser producida y detectada a las energias del LHC.

Las partículas super-simétricas y el universo invisible.

Todo lo que vemos en el universo, desde un grano de arena hasta las estrellas y galaxias, pasando por los seres vivos, estamos hechos de materia, el problema es que juntando toda la materia en el unvierso solo llegamos al 4% del mismo, ¡No sabemos qué es o de qué esta hecho el otro 96%! Se cree que la materia obscura y la energía obscura forman esta parte desconocida, sin embargo son muy difíciles de detectar y estudiar. La teoria de la supersimetria sugiere que todas las partículas tienen compañeros supersimétricos que aún no han sido detectados, pero si existen, el LHC deberia encontrarlos. Una possible explicación es que la materia obscura consista de partículas supersimétricas.

La antimateria.

Al principio de nuestro universo, el Big Bang debio haber creado cantidades iguales de materia y de antimateria, pero cuando materia y antimateria se juntan, se aniquilan produciendo energía. Sin embargo, en algun momento, de alguna manera una pequeña fracción de materia debió haber sobrevivido para formar nuestro unvierso como lo vemos hoy, aunque se ha detectado la antimateria y se sabe que algunas partículas decaen en antipartículas, no se entiende porque la naturaleza parece tener preferencia hacia la materia sobre la antimateria. Uno de los experimentos del LHC esta dedicado a encontrar las diferencias en el decaimiento de las partículas producidas y determinar que paso o donde esta la antimateria.

El quark-gluón plasma y los secretos del Big Bang.

La materia como la conocemos esta formada por átomos, los cuales contienen nucleos compuestos por protones y neutrones, los cuales a su vez, estan hechos de quarks que se mantienen unidos gracias a los gluones. Esta interaccion es muy fuerte y hasta ahora no se han encontrado quarks aislados. Sin embargo se cree que durante los primeros microsegundos despues del Big Bang, el unverso pudo haber contenido una muy caliente y densa mezcla de quarks y gluones a la que se le llama el quark-gluón plasma. Cuando nucleos de Plomo colisionen en el LHC, se daran las condiciones que recrearán ese temprano estado en la evolución del unvierso, proporcionando información muy importante acerca de este estado de la materia.

Las extra-dimensiones del espacio y los universos ocultos.

Einstein mostro que las tres dimensiones espaciales y el tiempo estan relacionados creando un universo de 4 dimensiones. En la actualidad muchos físicos piensan que el universo tiene más dimensiones, por ejemplo la teoria de cuerdas sugiere que existen dimensiones espaciales adicionales a las observadas. La fuerza de gravedad no se ajusta de una manera cómoda a las descripciones de las demas interacciones del unvierso, es ademas mucho más débil que las otras fuerzas fundamentales. Una posible explicación es que nuestro universo sea parte de una realidad multi-dimensional más grande y que la gravedad pueda influir en las otras dimensiones, lo que la haria parecer mas débil que las demas interacciones. El LHC puede permitirnos obtener evidencia de esas extradimensiones, por ejemplo, con la producción de hoyos negros miniatura los cuales entrarian y saldrian de nuestro unvierso en una pequeña fracción de segundo.

Todas estas preguntas y posibles respuestas hacen que el LHC sea esperado con gran entusiasmo por la comunidad científica internacional, los resultados que arroje pueden ser totalmente inesperados, ¡pero eso es parte del proyecto! Cabe señalar que el LHC no creará un nuevo universo, ya que aunque pretende recrear a microescala las condiciones que se dieron poco despues de que se inicio el Big Bang, no poseé la energía para crear las condiciones del Big Bang mismo. De acuerdo a los reportes de seguridad [2], no existe la posibilidad de que hoyos negros microscópicos producidos en las colisiones se traguen la tierra, o que se creén perturbaciones que destruyan nuestro universo. Los investigadores esperan confirmar predicciones hechas a partir de teorias y experimentos previos. Sin embargo, parte de la excitación del proyecto es que pueden descubrir hechos totalmente nuevos acerca de la materia y del origen del universo de los cuales pronto seremos testigos.


REFERENCIAS

http://public.web.cern.ch/public/en/LHC/

http://www.lhc.ac.uk/

[1] http://www.lhcdefense.org/

[2] http://lsag.web.cern.ch/lsag/LSAG-Report.pdf


Video:

LHC (CERN TV) y El LHC rap



4 comments:

************* said...

Saludos.

Me parace muy interesante tu blog.

Además este artículo sobre el colisionador de hadrones es muy bueno, la noticia sobre el LHC pegó tanto quie hasta le sacaron su explicación en rap...

Anonymous said...

Buenos días,

Mi nombre es Miriam Morán y soy encargada de prensa de la oficina de prensa en la embajada de Francia, vi el blog que tienen y me parece bastante interesante. Nosotros nos dedicamos a difundir sobre productos, eventos o compañías francesas que se dan a conocer en México o puede ser interesante para el país. Quisiera saber si están interesados en que les envíe información para su blog. De igual manera si tienen algún tema de interés relacionado con Francia, me lo pueden hacer saber y con gusto les ayudamos a obtener más información.

De antemano gracias

Saludos cordiales

Miriam
miriam.moran@ubifrance.fr

hoteles con encanto said...

Muy bueno. Nunca vi la foto aérea del LHC.
Buen blog.
Un saludo

Anonymous said...

Creo que este puede ser el comienzo de una nueva civilizacion. Esto pondria en "jaquemate" muchisimas cosas. La fisica, que es cultura de la civilizacion humana, pasaria a ser una cultura planetaria, de un proyecto de todos los paises de la Tierra. Y digo que podria cambiar tantas cosas, porque podria demostrar la energia(que por logica) tiene el ser humano(y que muchas religiones o caminos espirituales de oriente sienten y manejan. Obviamente esto es insignificante en este tema, pero podria cambiar nuestra civilizacion a mejor, en mi opinion).

Si tienes mas informacion sobre el LHC o puedes resolverme algunas dudas, te agradeceria que lo intentases en este correo electronico:
y_tiro_porque_me_toca@hotmail.com

Muchisimas gracias por este post!