lunes, 5 de abril de 2010

¿Qué hace el LHC? y ¿Por qué es importante?


¿Existe el Infierno? ¿Existe Dios? ¿Resucitaremos después de la muerte? Ah, y no olvidemos lo más importante: ¿Habrá mujeres allí?


Woody Allen



Dada la importancia del inicio de operaciones del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), me pareció interesante traducir dos excelentes artículos que proporcionan datos muy importantes sobre este acelerador. Sin más preámbulo, aquí los artículos:



Desde el NY Times
Por Dennis Overbye
Traducción: KC


Para aquellos cuyos conocimientos de física están un poco oxidados, las noticias sobre el Gran Colisionador de Hadrones, la máquina física más grande del mundo, podrían haber sido desconcertantes.


Sí, finalmente el colisionador estrelló partículas subatómicas, unas con otras, la semana pasada, pero ¿por qué, exactamente, es tan importante? Aquí está una ficha sobre el colisionador - con apenas suficiente información, en el mejor de los casos, para impresionar a los invitados de su próxima fiesta.



Vamos a ser básicos. ¿Qué hace un físico de partículas?


Los físicos de partículas tienen un truco que lo hacen una y otra vez, y es romper cosas y después ver lo que sale a borbotones.


¿Qué significa decir que el colisionador permitirá a los físicos recrear el Big Bang? ¿Es el colisionador una máquina del tiempo?


Los físicos sospechan que las leyes de la física evolucionaron mientras el universo se enfriaba a partir de miles de miles millones o billones de grados en los primeros momentos del Big Bang hasta las temperaturas super frías de hoy (3 grados Kelvin) - de la misma forma en que el agua cambia desde el vapor a líquido y a hielo a medida que disminuyen las temperaturas. A medida que el universo se enfrió, los físicos sospechan, todo se volvió más complicado. Las partículas y las fuerzas alguna vez indistinguibles entre sí desarrollaron su propia identidad, de la misma forma que el Español, Francés e Italiano se apartaron del Latín.


Haciendo que las partículas subatómicas - protones - choquen entre sí, los físicos crean pequeñas bolas de fuego para recrear las condiciones de estos tiempos pasados y ver lo que podría haber seguido en aquel entonces, algo así como los científicos de Jurassic Park reviviendo dinosaurios.


El colisionador, que está fuera de Ginebra, tiene 27 kilómetros de circunferencia ¿Por qué es tan grande?


Einstein nos mostró que energía y masa son equivalentes. Por lo tanto, entre más energía empacada en un bola de fuego, más masiva se hace. El colisionador tiene que ser grande y lo suficientemente potente como para empacar enormes cantidades de energía en un protón.


Por otra parte, entre más rápido viajan las partículas, más difícil es doblar sus trayectorias en un círculo, para que regresen y se golpeen entre sí. El colisionador está diseñado de forma que los protones viajan por los centros de potentes electroimanes que son del tamaño de troncos de madera de secuoya, lo que permite doblar las trayectorias de las partículas en círculos, creando una colisión. A pesar de los electroimanes están entre las más fuertes jamás construidos, aun no es posible alcanzar un radio de giro de los protones de menos de 4.3 km.


En general, cuanto mayor sea el acelerador, más grande es la colisión, y mejor la oportunidad de ver lo que está en el menú de la naturaleza.


¿Qué es lo que los físicos esperan ver?


Según algunas teorías, toda una lista de artículos que no han sido vistos todavía - con nombres como gluinos, fotinos, squarks y winos - porque no hemos tenido suficiente energía para crear una colisión lo suficientemente grande.


Cualquiera de estas partículas, si existen, podrían constituir las nubes de materia oscura, que, nos dicen los astrónomos, producen la gravedad que mantiene juntas las galaxias y otras estructuras cósmicas.


Otro eslabón perdido de la física es una partícula conocida como el bosón de Higgs, nombrada así por Peter Higgs, de la Universidad de Edimburgo, que impregna otras partículas con masa mediante la creación de una melaza cósmica que se adhiere a ellas y se acumula mientras viaja de un lado a otro, no muy diferente de la manera como se forma una comitiva de admiradores alrededor de una estrella de rock cuando entra a un club.


¿Ha visto alguna vez los científicos la materia oscura?


Es invisible, pero los astrónomos han deducido a partir de las mediciones de los movimientos galácticos, que los elementos visibles del cosmos, como las galaxias, están incrustados en enormes nubes de esta materia.


¿Los físicos verán estos gluinos, fotinos, squarks y winos?


No hay garantía alguna de que todo esto se descubra, y eso es lo que hace divertida y excitante a la ciencia.


¿Qué cantidad de energía se necesita para crear estas bolas de fuego?


En el Gran Colisionador de Hadrones, la energía es ahora de 3.5 billones de electrón-voltios por protón - cerca de la energía que necesita una pulga para hacer un salto. Esto puede no parecer mucho, pero para un pequeñísimo protón, es una gran cantidad de energía. Es el equivalente de un hombre de 90 kg adquiriendo más peso hasta los 40,000 kg.


¿Qué es un electrón-volt?


Un electrón-voltio es la cantidad de energía que un electrón recibiría al pasar del polo negativo al positivo en una batería de un voltio. Es la unidad básica de la energía y de masa preferida por los físicos.


Cuando los protones colisionan, ¿hay una gran explosión?


No hay sonido. No es como una bomba que estalla.


En los ensayos anteriores, se produjo una explosión real.


Toda corriente eléctrica es peligrosa. Durante las pruebas del colisionador en septiembre de 2008, la conexión eléctrica entre dos de los imanes gigantes se vaporizó. Hay miles de conexiones de este tipo en el colisionador, muchos de los cuales ahora se piensa que están defectuosos. Como resultado, el colisionador sólo podrá funcionar a media potencia durante los próximos dos años.


¿Podría el colisionador de hacer un agujero negro y destruir la Tierra?


El colisionador no va a hacer nada que los rayos cósmicos de alta energía no hayan hecho repetidas veces en la Tierra y en otros lugares del universo. No hay evidencia de que tales colisiones crearon agujeros negros o que, si los crearon, los agujeros negros no han causado ningún daño. Aún de acuerdo con las más especulativas variaciones predichas por la teoría de cuerdas en los agujeros negros, el Gran Colisionador de Hadrones no es lo suficientemente potente como para producir un agujero negro.


Y es una lástima, porque a muchos físicos realmente les gustaría ver uno.




Desde TIME
Por Ben Harrell
Traducción: KC


El detector de partículas ATLAS, en la Organización Europea de Investigación Nuclear (CERN) fuera de Ginebra tiene 50 metros de largo, 24 metros de alto, pesa 7,000 toneladas y contiene suficiente cableado para envolver siete veces a la Tierra alrededor del ecuador. Es una máquina gigantesca, diseñada con el delicioso propósito de detectar partículas tan pequeñas que caben cientos de miles de millones de ellas en un haz más estrecho que un cabello humano.


El ATLAS ocupa sólo un pequeño rincón del mundo extraño y maravilloso que es el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) - el acelerador de partículas circular subterráneo que promete conocimientos científicos incalculables sobre los misterios del cosmos. Más de 25 años en la planificación, con un costo de alrededor de $ 10 mil millones de dólares, el LHC oficialmente - por fin - comenzó a romper protones el 30 de marzo. El objetivo: responder a las preguntas más fundamentales sobre cómo funciona el universo.


La primera y más importante orden del día es probar (o refutar) la existencia de una sola partícula conocida como el bosón de Higgs - una partícula tan preciosa que ha dado en ser llamada "La Partícula de Dios", en referencia a la teoría de que Higgs proporciona la masa a toda la materia en el cosmos.


El significado de la partícula de Dios es tan antiguo como el tiempo mismo: los científicos piensan que en el momento del Big Bang, cuando el universo nació, existió un momento de belleza incandescente - de simetría perfecta - en la que todas las cosas y todas las fuerzas estuvieron totalmente de acuerdo. No había diferencia entre las cuatro fuerzas del universo - fuerza débil, fuerza fuerte, electromagnetismo y gravedad - y las partículas diminutas que llevaban esas fuerzas aún tendrían que emerger como entidades separadas. A medida que la explosión se enfrió y su contenido fue esparcido, la complejidad invadió el universo, dividiendo su efímera simetría - un paralelo cósmico con Adán y Eva.


El objetivo de la física teórica moderna es revelar la elegancia perdida del universo. Un avance importante en ese esfuerzo llegó en 1964, cuando Peter Higgs, un timido científico británico de Edimburgo, presentó una teoría que podría explicar cómo las partículas que llevan dos de las cuatro fuerzas - las que llevan la fuerza electromagnética, y las que llevan la fuerza débil - llegaron a tener masas diferentes al enfriarse el universo (en el momento después del Big Bang, por supuesto, nada tenía masa, y todo existía en una especie de etérea belleza desnuda). Extrapolando la teoría de Higgs, los científicos fueron capaces de explicar cómo todas las partículas obtienen su masa - lo que explicaría, a su vez, como todo en el universo, desde los científicos del CERN hasta la gran cordillera del Jura que los rodea, llegan a tener peso.


Funciona así. En todo el universo post-Big Bang, las colecciones de bosones de Higgs constituyen un elusivo campo de Higgs - que en teoría es en el que las partículas obtienen masa. Las partículas que se mueven a través de un campo de Higgs lo hacen como tirando de un etéreo collar de perlas a través de un tarro de miel, con excepción de que la miel está en todas partes, y la interacción es continua. Algunas partículas, como los fotones, que son partículas de luz sin masa, son capaces de viajar a través del pegajoso campo de Higgs sin recoger masa. Otras partículas se empantan, acumulando masa y llegando a ser muy pesadas. Lo que equivale a decir que a pesar de que el universo parece ser asimétrico de esta manera, en realidad no lo es - el campo de Higgs no destruye la simetría de la naturaleza, sino que simplemente la oculta.


La manera de encontrar el bosón de Higgs es crear un ambiente que imita el momento post-Big Bang. El poderoso LHC funciona con hasta 7 billones de electrón voltios (TeV) y  envía partículas a través de temperaturas más frías que el espacio profundo, a velocidades cercanas a la velocidad de la luz. (El segundo acelerador de partículas más poderoso, el Fermilab en Illinois, funciona a 1 TeV.) El jugo añadido permite a los científicos acercarse a la alta energía que existía después del Big Bang. Y las altas energías son necesarias porque se piensa que el bosón de Higgs es bastante pesado. (En la famosa fórmula de Einstein la ecuación E = mc2, c representa la velocidad de la luz, que es constante, de modo que a fin de encontrar partículas de gran masa m, se necesita de altas energías, E.) Es posible, por supuesto, que incluso en energías tan altas no se haye al bosón de Higgs. Puede no existir.


Pero si existe, el bosón de Higgs sería de mucha ayuda para tapar un agujero en el llamado Modelo Estándar - el conjunto de ecuaciones de largo alcance que incorpora todo lo que se sabe sobre la interacción de partículas subatómicas, y que es lo más parecido a una " teoría del todo" comprobable para los físicos. Pero muchos teóricos consideran que incluso si el bosón de Higgs existe, el Modelo Estándar no es satisfactorio; por ejemplo, es incapaz de explicar la presencia de la gravedad, o la existencia de algo llamado "materia oscura", que evita que las galaxias espirales como la nuestra Vía Láctea Camino se desintegre. Ni siquiera el poderoso bosón de Higgs podría explicar los misterios, que a través de telescopios y  observaciones, sabemos que existen.


Dados los problemas con el modelo estándar, algunos físicos han ideado elaboradas alternativas para explicar el funcionamiento del cosmos, incluyendo la existencia de múltiples dimensiones alternas, u ocultos "socios supersimétricos" para todas las partículas del universo. Para ellos, la imposibilidad de encontrar el bosón de Higgs - o encontrar el bosón de Higgs entre un conjunto de partículas extrañas y nuevas - sería positivo, ya que podría sugerir que son necesarias teorías más ambiciosas.


Ya en la cúspide del conocimiento humano, la física de partículas, de hecho puede parecer muy esotérica. Pero los descubrimientos del LHC pueden tener implicaciones que van más allá de la ciencia pura. El CERN, un proyecto paneuropeo dedicado a la investigación nuclear con fines pacíficos, fue fundado a finales de la década de 1940 como una especie de expiación por el legado de Hiroshima, Nagasaki, y dos guerras en las que los europeos se sacrificaron entre sí por millones - muchos de los científicos mayores del CERN recuerdan perfectamente la inestabilidad, el azar y la desesperación que caracterizaba esa época.


Si los científicos del CERN son capaces de localizar la partícula de Higgs en los primeros años de este nuevo siglo, significaría apuntalar el principio básico científico que lo que existió en los fundamentos mismos de nuestro universo es la belleza y la unidad. Eso es algo para seguir luchando, al menos.

1 comentario:

Anónimo dijo...

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