Colisionadores de partículas: Ciencia a martillazos

Hace ya mucho que para avanzar en el terreno de los descubrimientos científicos se van necesitando experimentos cada vez más complejos. Quedaron ya muy atrás esos experimentos en los que con una bañera y una corona de oro se podía exclamar “Eureka!” al descubrir una nueva ley de la hidrostática. Y si no que se lo digan a los científicos del CERN.

El CERN (Siglas en francés de “Centro Europeo para la Investigación nuclear”) es el laboratorio de física de partículas más avanzado del mundo. Está situado en la frontera entre Francia y Suiza, cerca de Ginebra. Los científicos del CERN son la élite de la investigación europea y son los responsables nada más y nada menos que de la creación de Internet. Sin embargo no es por eso por lo que este centro multinacional es conocido: en el CERN, o más bien a muchos metros bajo él, se encuentra el experimento científico más grande y caro de la historia: el Gran Colisionador de Hadrones (LHC en inglés).

Ahora me preguntaréis, ¿Qué hace esta máquina para que merezca la pena mantener los costes de más de 768 millones de euros al año? Pues es una respuesta muy simple: hace chocar partículas para ver qué sale del destrozo. Imaginad un accidente de tráfico: dos coches a 130km/h en direcciones contrarias colisionan de frente y millones de pedacitos de metal salen disparados en todas direcciones. Bien, pues esto hace el LHC con los Hadrones (un tipo de partícula al que pertenecen los protones y los neutrones); la diferencia entre estas colisiones y el ejemplo de los coches es que si un protón choca con un protón, del choque pueden salir miles de partículas y ninguna de ellas tener nada que ver con las que componen a los protones. Bienvenidos a la cuántica.

A través de sucesivos circuitos cada vez mayores se hacen circular dos chorros paralelos de partículas en direcciones contrarias; según van alcanzando ciertas velocidades las partículas pasan e un circuito mayor hasta llegar al descomunal circuito principal. No exageraba cuando lo he llamado el mayor experimento científico de la historia, el toroide principal del LHC tiene 27km de diámetro, con ese tamaño una persona dentro del túnel tiene la sensación de que este es completamente recto.

Las velocidades alcanzadas son de 0.99c (99.9% de la velocidad de la luz) y las energías que las partículas poseen a esas velocidades rondan los 7TeV (Un protón en reposo tiene una energía de 1MeV, un TeV es un millón de veces esa energía, lo que significa que el LHC multiplica por 7 millones la energía de las partículas que acelera). Las colisiones alcanzan energías de 14 TeV (7 por cada chorro de partículas) y ahí es donde entra la “magia” de la cuántica: aparecen nuevas partículas generadas por esa inmensa energía.

El gran impedimento para alcanzar estas velocidades se solucionó de una forma muy elegante… y muy fría. Las paredes del tubo por el que circulan las partículas están cubiertas de imanes superconductores, lo que permite que el haz de partículas literalmente levite por el centro del tubo, en el que se ha hecho el vacío. Estos imanes son además los que van proporcionando velocidad a las partículas indefinidamente, acelerándolas todo lo que se desee (sin poder alcanzar ni sobrepasar nunca la velocidad de la luz como bien indica el primer postulado de Einstein sobre la Relatividad). El problema de los superconductores es que sólo funcionan a temperaturas muy bajas; en el LHC hay un circuito refrigerador de helio líquido que recorre todo el túnel enfriando los imanes a nada más y nada menos que 1.9K (-272.9ºC), dos grados por encima del cero absoluto.

Los choques tienen lugar en uno de los cuatro detectores principales: ATLAS, ALICE, LHCb y CMS, donde cada uno de los cuales busca un patrón distinto en los choques ya que están enfocados a averiguar cosas distintas. Tanto ATLAS como CMS detectan energías en un espectro muy amplio para reconocer todas las partículas posibles (de hecho fueron estos dos detectores los que durante 2011 y 2012 recopilaron los datos que permitieron obtener el misterioso Bosón de Higgs el 4 de Julio de 2012), mientras tanto ALICE experimenta con colisiones de iones de metales pesados y LHCb investiga sobre ciertas propiedades de los quarks y la supersimetría. Estos detectores tienen un tamaño similar al de un edificio de viviendas y se encuentran en cuevas que atraviesa el recorrido del LHC.

Los objetivos del Gran Colisionador de Hadrones son buscar la respuesta a varias preguntas clave de la física:

  • ¿Qué es exactamente la masa? ¿De dónde proviene?
  • ¿Cuántas partículas forman un átomo en realidad?
  • ¿Qué es la materia oscura que forma el 95% del Universo?
  • ¿Existe la supersimetría?
  • ¿Existen dimensiones extra? ¿Hay algo de cierto en la Teoría de Cuerdas?
  • ¿Cómo fue exactamente el Big Bang?
  • ¿Cómo interactúan la materia y la antimateria entre sí?

El 13 de Febrero de 2013 se detuvieron todos los experimentos y se apagó el LHC por primera vez en mucho tiempo para realizar obras de ampliación y mejora para poder llevar a cabo experimentos con energías aún mayores. Se prevé que estas obras tendrán una duración total de 20 meses.

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2 respuestas a Colisionadores de partículas: Ciencia a martillazos

  1. Hola Jesús,
    hadrones, quarks, Bossones… son palabras que siempre se me han escapado en el entendimiento. Yo comparo a estos superinvestigadores actuales con los antiguos sabios griegos pues la población de hace 2.000 años los tomarían por locos ya que tampoco entenderían lo que era el número pi, la medida de la Tierra o que esta no fuera plana y, sin embargo, no eran locos sino que hicieron avanzar la ciencia y el entendimiento durante los siglos posteriores. Eso es lo que está pasando con el colisionador de partículas y tantas otras investigaciones punteras que se están realizando en la actualidad.
    Gracias por acercarnos el CERN y lo que se está haciendo allí, la ciencia del futuro.
    Un abrazo

    • J.G.Barcala dijo:

      Hola Francisco,
      yo también me pierdo entre tanta palabrería, y por eso prefiero que sea Gonzalo quien nos cuente estas historias.
      Comparto tu idea de que los científicos actuales son como los de la antigua Grecia, y probablemente aquellos tuvieron más mérito pues lo hacían todo con la cabeza, son ordenadores ni máquinas, ni siquiera libros. A todos les debemos el nivel actual de nuestra civilización, en lo bueno y en lo malo, y de locos no tenían nada, el problema es de nosotros los neófitos que no entendemos de ciencia.,..;)
      Un abrazo.

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