Visita al CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear)
Por Emi Mendoza
Pieza demostrativa de un pedazo de conductor. La mica cilíndrica externa representa las dimensiones reales del túnel donde se encuentra el conductor.
Tuve la oportunidad de ir a visitar el CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire), el laboratorio más grande de investigación en física de partículas del mundo. ¡Quedé encantado!
El centro de investigación abarca varios municipios de dos países
EL CERN está situado en la frontera entre Suiza y Francia, a unos pasos de la ciudad de Ginebra, pero oficialmente no está ni bajo jurisdicción suiza, ni francesa. La organización está financiada por 21 países, casi todos europeos.
El LHC forma una circunferencia de 27 kilómetros
El CERN cuenta con una serie de aceleradores de partículas entre los que se encuentra el LHC (Gran Colisionador de Hadrones), un acelerador protón-protón construido dentro un túnel gigantesco que forma una enorme circunferencia de 27 Km y está enterrado a una profundidad de 100 metros para obtener la mayor estabilidad posible.
Túnel a cien metros de profundidad
Dentro del túnel hay un conductor hecho con magnetos formados por kilómetros de imanes que conducen dos haces de protones acelerados en sentidos opuestos hasta alcanzar el 99,99% de la velocidad de la luz, y se les hace chocar entre sí dentro de un colisionador que detecta las altísimas energías producidas que utilizan escalas subatómicas. El sistema de imanes dipolares curvea los haces de protones obligándoles a seguir una trayectoria circular.
¿Cómo nació la idea de crear el CERN?
La idea de crear este gigante centro de investigación nació de la necesidad de comprender mejor de qué están hechas las cosas que forman nuestro universo; cómo es que las partículas se mantienen unidas; cómo se formó nuestro mundo.
Sabemos que todas las cosas que nos rodean están constituidas por átomos y los átomos a su vez están conformados por partículas elementales más pequeñas como protones, neutrones, electrones, fotones, quarks, entre otros. Para investigar si hay partículas aún más pequeñas y poder identificar qué función tienen en la estructura molecular es necesario romper la estructura interna de las partículas elementales para saber cómo están conformadas. Para lograrlo, los científicos del CERN tuvieron que crear el Gran Colisionador de Hadrones, (en inglés Large Hadron Collider, LHC) que consiste en un acelerador de partículas, el más grande y poderoso del mundo y cuatro colisionadores de partículas distribuidos a lo largo del enorme anillo de 27 km. El LHC acelera protones a una velocidad cercana al de la luz en sentidos opuestos (horario y antihorario) y luego los hace estrellarse entre ellos dentro un colisionador para que de la imponente colisión rompa la estructura y se puedan analizar internamente mediante el detector CMS.
Sabemos que todas las cosas que nos rodean están constituidas por átomos y los átomos a su vez están conformados por partículas elementales más pequeñas como protones, neutrones, electrones, fotones, quarks, entre otros. Para investigar si hay partículas aún más pequeñas y poder identificar qué función tienen en la estructura molecular es necesario romper la estructura interna de las partículas elementales para saber cómo están conformadas. Para lograrlo, los científicos del CERN tuvieron que crear el Gran Colisionador de Hadrones, (en inglés Large Hadron Collider, LHC) que consiste en un acelerador de partículas, el más grande y poderoso del mundo y cuatro colisionadores de partículas distribuidos a lo largo del enorme anillo de 27 km. El LHC acelera protones a una velocidad cercana al de la luz en sentidos opuestos (horario y antihorario) y luego los hace estrellarse entre ellos dentro un colisionador para que de la imponente colisión rompa la estructura y se puedan analizar internamente mediante el detector CMS.
El detector CMS
El detector CMS (del inglés Compact Muon Solenoid) es un revelador de uso general; es decir, está diseñado para observar cualquier nuevo fenómeno de física que el LHC pueda descubrir. El detector utiliza un gran imán solenoide para seguir las rutas de las partículas de las colisiones en el LHC. Se trata de una cámara gigante que toma fotos tridimensionales de las sub-partículas resultantes de los choques de los protones en todas las direcciones y lo hace a altísima velocidad, hasta 40 millones de veces por segundo. Identifica casi todas las partículas estables, mide sus tiempos y energías y posteriormente va uniendo la información de todas las sub-partículas como si combinara las piezas de un rompecabezas y de esta manera crea una imagen de la colisión para un análisis posterior.
El colisionador ATLAS
Este es uno de los 4 colisionadores que registran la información subatómica. Se llama ATLAS, mide 45x25 metros, y pesa unas 7000 toneladas. Su principal función es la de determinar la trayectoria de las partículas cargadas midiendo su interacción con la materia en ciertos puntos, revelando así el tipo de partícula producida y en que momento.
Campo de Higgs
Además de la constitución de los átomos, sabemos también que los fotones no tienen masa. Y que en cambio, las partículas llamadas bosones tienen una masa enorme. En 1964, el físico británico Peter Higgs desarrolló la idea de que las partículas no tenían masa al comienzo del universo adquiriéndola una fracción de segundo después, como resultado de la interacción con un campo hipotético, ahora conocido como el campo de Higgs, en su honor. Ese mecanismo explicaba el origen de la masa de las partículas elementales en general y predecía la existencia de una nueva partícula, el 'bosón de Higgs'. Según la teoría de Higgs, existe un campo invisible presente en todo el universo desde el Big Bang, y que es el responsable de darle masa a todas las cosas.
Para entender un poquito mejor esta complejo mecanismo, podríamos hacer una sencilla analogía. Podríamos imaginar a un famoso jugador de fútbol que desciende de su auto elegante y trata de entrar caminando apresuradamente en la cancha de entrenamiento. La emoción intensa producida por la espera del personaje hará que todos los fans lo rodeen para solicitarle autógrafos y selfies provocando una cierta resistencia a su avance. En la supuesta analogía, el jugador sería la partícula y los hinchas el campo de Higgs que lo harán ganar masa. Según esta teoría, la masa no sería una propiedad intrínseca de las partículas sino el resultado de una interacción con el campo de Higgs. Así que, un electrón que tiene una masa mínima (un futbolista desconocido) interacciona poco con el campo de Higgs (pocos seguidores), desplazándose fácilmente. Mientras que el quark ‘cima’ (juagdor famoso) presenta una interacción muy fuerte con el campo de Higgs (muchos admiradores), por lo que se desplaza lentamente.
Para entender un poquito mejor esta complejo mecanismo, podríamos hacer una sencilla analogía. Podríamos imaginar a un famoso jugador de fútbol que desciende de su auto elegante y trata de entrar caminando apresuradamente en la cancha de entrenamiento. La emoción intensa producida por la espera del personaje hará que todos los fans lo rodeen para solicitarle autógrafos y selfies provocando una cierta resistencia a su avance. En la supuesta analogía, el jugador sería la partícula y los hinchas el campo de Higgs que lo harán ganar masa. Según esta teoría, la masa no sería una propiedad intrínseca de las partículas sino el resultado de una interacción con el campo de Higgs. Así que, un electrón que tiene una masa mínima (un futbolista desconocido) interacciona poco con el campo de Higgs (pocos seguidores), desplazándose fácilmente. Mientras que el quark ‘cima’ (juagdor famoso) presenta una interacción muy fuerte con el campo de Higgs (muchos admiradores), por lo que se desplaza lentamente.
Un ejemplo de simulación a partir de los datos de la desintegración dos protones de muy alta energía generando un Bosón de Higgs en el decaimiento en dos haces de hadrones y dos electrones en el detector CMS del LHC en el CERN. Foto de Lucas Taylor / CERN
Confirmación de la existencia del Bosón de Higgs en el CERN
Determinar la existencia del bosón de Higgs es muy difícil ya que se desintegra inmediatamente y no hay manera de poder registrarlo. La única posibilidad de confirmar su existencia es utilizando el colisionador propuesto por los científicos del CERN. El acelerador hace que las partículas choquen entre sí dentro el colisionador. Se comprueba la existencia del bosón mediante el rastreo de las huellas que eventualmente éste deje en el detector del colisionador en su brevísima existencia.
En julio de 2012, los científicos del CERN confirmaron la existencia del Bosón de Higgs al detectar la huella dejada en el detector en una de sus pruebas. Esa partícula subatómica es esencial para explicar y fundamentar la teoría del físico Higgs debido a que era la última pieza faltante del Modelo Estándar de la física, que ayuda a explicar todas las fuerzas del Universo. Después de este gran resultado, el siguiente paso será determinar la naturaleza exacta de la partícula que ayudará a comprender mejor la formación del Universo. Determinar si el bosón de Higgs es la última partícula elemental o si podrían producirse otras nuevas partículas cuya existencia se ha predicho teóricamente, y cuya búsqueda se ha planificado, como los strangelets, los micro agujeros negros, el monopolo magnético o las partículas supersimétricas.
En julio de 2012, los científicos del CERN confirmaron la existencia del Bosón de Higgs al detectar la huella dejada en el detector en una de sus pruebas. Esa partícula subatómica es esencial para explicar y fundamentar la teoría del físico Higgs debido a que era la última pieza faltante del Modelo Estándar de la física, que ayuda a explicar todas las fuerzas del Universo. Después de este gran resultado, el siguiente paso será determinar la naturaleza exacta de la partícula que ayudará a comprender mejor la formación del Universo. Determinar si el bosón de Higgs es la última partícula elemental o si podrían producirse otras nuevas partículas cuya existencia se ha predicho teóricamente, y cuya búsqueda se ha planificado, como los strangelets, los micro agujeros negros, el monopolo magnético o las partículas supersimétricas.
El Bosón de Higgs o La Partícula de Dios
El término utilizado para denominar al bosón de Higgs, "la Partícula de Dios" no fue una buena idea pues este popular nombre ha sido mal asociado a un término religioso. El origen del sobrenombre "la Partícula de Dios" fue dado por allá en los años 90, cuando Leon Lederman, un Premio Nobel, escribió el libro de divulgación sobre la física de partículas en el cual hacía mención del bosón de Higgs. Lederman propuso como título del libro: “La Partícula maldita” (The Goddamn Particle) aludiendo a la gran dificultad y alto costo que resultaba verificar su existencia. Sin embargo, el editor del libro cambió el título, presuntamente en contra de la voluntad del autor, por el de “La Partícula de Dios” (The God Particle). Con este nombre, la editorial habrá vendido muchas copias del libro, pero también abrió el camino para múltiples discusiones sin sentido y puntos de vista pseudo-teológicos completamente fuera de lugar.
Científicos del CERN entre los pioneros de Internet
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Las funciones del CERN no se han limitado a la producción de resultados científicos de gran interés, sino que también han contribuido al desarrollo de nuevas tecnologías tanto industriales, como informáticas. Una de las contribuciones que más se destacan es la invención del famoso World Wide Web, el sistema de distribución de documentos de hipertexto. Este sistema de intercambio electrónico de datos entre investigadores fue una de las primeras aportaciones a nivel mundial para el desarrollo de la enorme red telemática intenacional que hoy conocemos como internet.
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