El Gran Colisionador de Hadrones entra en Marcha

El pasado martes 30 de marzo de 2010 empezó a funcionar en forma completamente operacional el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), la máquina más grande y compleja jamás creada por la humanidad. Este instrumento científico del CERN se encuentra bajo tierra, a 175 metros bajo la frontera Franco-Suiza, en las cercanías de Ginebra. Tiene la forma aproximada de un anillo de 27 km de circunferencia. Para tener una noción del tamaño de esta máquina: si un lado de este anillo se encontrase bajo el aeropuerto de Concepción, ¡el lado opuesto del mismo estaría en la Laguna Chica de San Pedro!

Dentro de este anillo, haces de protones y núcleos atómicos son acelerados en direcciones opuestas hasta casi la velocidad de la luz, y luego son enviados en choque frontal unos contra otros. El resultado de estas colisiones de alta energía se estudia en enormes detectores dentro de cavernas subterráneas capaces de alojar edificios de varios pisos. Estos detectores por sí solos constituyen las “cámaras digitales” más grandes y sofisticadas del mundo.

Esta máquina colosal tiene un propósito noble: extender los límites del conocimiento humano, estudiando las partículas elementales, los pequeñísimos componentes básicos de todo lo que existe. En la práctica, esto significa que la comunidad científica internacional deberá analizar la avalancha de datos (más de 500 MB/s) que empezará a generar el LHC durante años, y luego comparar estos datos con los modelos teóricos existentes. De seguro esto implicará desechar muchas de nuestras teorías actuales y crear otras nuevas capaces de explicar lo que vemos. En particular, algunas de las interrogantes que la comunidad científica espera esclarecer dentro de los próximos años con los datos generados en el LHC son:

• Nosotros percibimos el espacio como algo tridimensional. Pero nuestras teorías más recientes sugieren la existencia de dimensiones espaciales extra que, por el momento, no hemos podido observar. ¿Existen realmente estas dimensiones extra? ¿Es nuestro Universo tan sólo una “membrana” dentro de un espacio aún mayor?
• Observaciones astronómicas de galaxias lejanas muestran que sólo el 4% del Universo corresponde a materia visible ordinaria. El 96% restante parece estar constituido por Energía y Materia Oscuras la cual, pese a ser invisible, ha podido ser detectada por sus efectos gravitacionales. ¿De qué tipo de partículas está hecha esta materia y energía oscuras?
• Algunas partículas, como el fotón, no tienen masa. En cambio otras, como el electrón, sí tienen masa. ¿Por qué partículas distintas tienen distintas masas? ¿Qué origina la masa?
• En el LHC se conseguirán enormes temperaturas, similares a las que hubieron inmediatamente después del Big-Bang, el inicio de nuestro Universo. A esta temperatura, miles de veces superior a la del núcleo del Sol, protones y neutrones se descomponen, formando un plasma de partículas fundamentales (quarks y gluones).¿Cómo dio origen este plasma primordial a las partículas que nos constituyen? ¿Por qué se formó finalmente un Universo de materia, y no uno de materia y antimateria en partes iguales?

Por otra parte, la construcción de este tipo de instrumentos no sólo tiene importancia científica, sino también tecnológica y económica. Al construir este tipo de máquinas, industrias de más de 30 países se han visto obligadas a llevar la tecnología y la ingeniería a límites inexplorados, generando conocimiento valiosísimo en el camino. Como una pequeña muestra, las máquinas de radioterapia que se usan hoy en día para tratar el cáncer, tuvieron su origen en los antecesores del LHC. Así mismo, el internet fue creado por los mismos científicos del CERN en la década de los 90, para poder manejar mejor el gigantesco volumen de datos generado por los experimentos.

Todo lo que tiene que ver con Física Teórica puede parecer extremadamente lejano y complicado para la persona no entrenada. Por ello, la física Katherine Mc Alpine del CERN, con un toque de humor y pedagogía, ha conseguido explicar todo esto en forma fácil y entretenida… ¡rapeando!. Si quiere aprender y reír un rato con su familia, basta con que vaya a YouTube, https://www.youtube.com/watch?v=Auyp3TZ5oN8 y podrá verlo allí por sí mismo.

Fernando Izaurieta
Doctor en Ciencias Físicas, Universidad de Concepción,
Investigador y Académico de la Universidad Católica de la Ssma. Concepción.
fizaurie@ucsc.cl

Áreas de investigación en Física Teórica: Teoría M, Supercuerdas y Supergravedad, Física en altas dimensiones, Supersimetría y Topología.