Artículos sobre ciencia y tecnología de Mauricio-José Schwarz publicados originalmente en El Correo y otros diarios del Grupo Vocento

diciembre 06, 2006

Aceleradores de partículas

En un túnel cerca de Ginebra, los científicos se preparan para enfrentar algunos de los más asombrosos misterios del universo.

Algunos de los aparatos más complejos, grandes y potentes que ha producido el hombre, los aceleradores de partículas, pueden llevarnos a resolver grandes misterios reales, como el de la materia que, según las matemáticas, existe pero no podemos ver (llamada por ello "materia oscura") y que formaría la inmensa mayoría de la masa del universo, o por qué la gravedad es tan débil comparada con las otras fuerzas de la naturaleza que conocemos: el electromagnetismo, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil, o cómo complementar el Modelo Estándar que hoy es la teoría fundamental de la física.

En 1993, una decisión del Congreso de los Estados Unidos suspendió la construcción del Supercolisionador Superconductor, un acelerador de partículas formado por un anillo con una circunferencia de 87 kilómetros, a lo largo de los cuales unos imanes superconductores acelerarían un flujo de protones. Con 2 mil millones de dólares ya gastados del presupuesto original de 4.400 millones (y que se había duplicado desde los inicios del proyecto) y una tercera parte del túnel que lo albergaría ya excavada, los legisladores estadounidenses optaron por su cancelación incluso ante las protestas del entonces presidente Bill Clinton. A ojos de muchos, esto se debió, al menos en cierta medida, al hecho de que no todos esos legisladores entendían claramente qué es un acelerador de partículas y para qué sirve.

La investigación en el mundo de las partículas elementales de la materia es mucho más compleja de lo que alguna vez se creyó. En lugar de un simple mundo formado por electrones, protones y neutrones, los físicos han ido descubriendo una variedad de partículas distintas, más de 20, divididas en grupos de bosones, leptones, mesones y hadrones, además de que la exploración matemática propone la existencia de diversas partículas cuya existencia aún no se ha podido corroborar experimentalmente, como el bosón de Higgs. Los neutrones y protones resultaron no ser elementales, sino estar formados por otras partículas llamadas "quarks". Existen además partículas tan peculiares como los neutrinos, cuya masa es tan pequeña que hicieron falta mediciones de gran precisión durante mucho tiempo hasta que pudieron detectarse finalmente este mismo año.

Para explorar este mundo, Ernest Rutherford descubrió que el bombardeo de materiales o partículas con otras partículas (bombardeo atómico) nos permitía conocer experimentalmente el interior de los átomos y las partículas. Para perfeccionar y controlar el bombardeo atómico nacieron los aceleradores, que utilizan una fuente emisora de partículas o iones que aceleran por medio de electroimanes cuya polaridad se alterna a gran velocidad. Esta aceleración puede usarse para producir rayos X, para ciertas formas de terapia con radiación contra el cáncer o bien para hacer chocar las partículas o iones contra determinados materiales o entre sí. Para obtener resultados, los físicos requieren de aceleradores cada vez más precisos y potentes. El supercolisionador cancelado por Estados Unidos hace 13 años pretendía ser el más potente del mundo, generando 40 TeV (teraelectronvoltios, es decir, 40 billones de electronvoltios, medida utilizada para designar la energía cinética o de movimiento que gana un electrón al pasar por un campo magnético de un voltio).

Este año se han llevado a cabo las primeras pruebas del acelerador de partículas europeo, perteneciente al CERN (siglas en francés de la Organización Europea para la Investigación Nuclear), llamado Gran Colisionador de Hadrones, o LHC por sus siglas en inglés (los hadrones son un tipo partículas entre las que se incluyen los protones y los neutrones). Se espera que inicie operaciones a un nivel de energía reducido en 2007 para alcanzar en 2008 una capacidad de 7 TeV, que lo convertirán en el acelerador más grande y de más energía del mundo.

Los experimentos previstos en el LHC podrían ayudarnos a resolver algunos de los grandes misterios reales que mencionamos al principio. Los haces de protones acelerados por el LHC se utilizarán en 6 experimentos principales especializados en distintas actividades diseñadas para explorar distintos aspectos de las colisiones de partículas. Alice: utilizará las colisiones de iones de plomo para intentar generar una nueva fase de la materia, el plasma de quarks-gluones (las fases que conocemos son: gaseosa, líquida, sólida y condensado de Boise-Einstein). Atlas: Utilizará las colisiones de protones contra protones para explorar la naturaleza básica del universo y las fuerzas que dan forma, para lo cual cuenta con 1800 físicos de 150 universidades y laboratorios procedentes de 35 países. CMS: entre otras cosas intentará producir el hoy hipotético bosón de Higgins y encontrar pruebas de la "supersimetría", un modelo físico que permitiría, de ser cierto, resolver muchas de las aparentes contradicciones de la física cuántica. LHCb: Explorará por qué hay una violación de la simetría CP, es decir, por qué el universo está hecho principalmente de materia y no de cantidades iguales de materia y antimateria, asunto de esencial importancia para reconstruir el Big Bang, el proceso de nacimiento del universo, en el cual se creó toda la materia. Totem: Medirá la forma en que los protones se difractan y dispersan en sus colisiones. LHC Forward: Aprovechará que los protones en el acelerador se mueven a velocidades similares a las de los rayos cósmicos para simular la forma en que éstos se comportan al entrar a la atmósfera terrestre.

Si bien algunos de los conceptos de la física de partículas resultan prácticamente incomprensibles para los no especialistas, el LHC nos permite participar de la investigación europea por medio de LHC@Home (LHC en el hogar) un proyecto vía Internet que utiliza tiempo de ordenador donado por personas que descargan y ejecutan un programa especial para hacer simulaciones de cómo viajarán las partículas por el acelerador y ayudar así colectivamente a la calibración de los miles de imanes que deben actuar conjuntamente para el buen funcionamiento del LHC.

El LHC en números


Físicos participantes: 2.000, procedentes de 34 países. Ubicación: 46º 14' 00" N, 6º 03' 00" E, cerca de Ginebra en la frontera franco suiza y ocupando espacio en ambos países. Datos del túnel: 27 kilómetros de longitud y 3 metros de diámetro, a una profundidad de entre 50 y 150 metros. Electroimanes superconductores que usará: alrededor de 9.300. Presupuesto original: 2.600 millones de francos suizos (1.600 millones de euros) más 210 millones de francos suizos (132 millones de euros) para el costo de los experimentos. Costo final real calculado: 6 mil millones de euros.

1 comentario:

Chicome ehécatl - Ricardo dijo...

Es un experimento del cual habra que estar al tanto. Quiza no logremos ver la magnitud del mismo pero, imaginad que tna grande es que se reaizarpan pruebas de como comenzó nuestra existencia...