“Vivimos tiempos realmente emocionantes”, comentó el director del CERN en alusión a los primeros resultados del LHC, el acelerador de partículas más grande del mundo. La máquina comienza a colmar las esperanzas depositadas en ella.
Entre otras, la de hallar (o no), el famoso bosón de Higgs o ‘partícula de Dios’.
La flor y nata de la física de partículas (incluidos dos Premio Nobel) se reúne en Grenoble. 700 físicos de todo el mundo participan en la Conferencia Eurofísica de Alta Energía Física 2011. Es el marco elegido por el CERN para presentar y discutir los primeros resultados del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el acelerador de partículas más poderoso del mundo.
El inicio del acelerador de 6 mil millones de francos, recordémoslo, fue bastante problemático. Pocos días después de su puesta en marcha en septiembre de 2008, tuvo que ser suspendido debido a un corte de energía que afectó el sistema de refrigeración. Como la máquina funciona a una temperatura cercana al cero absoluto, tomó un año reparar y especialmente enfriar la parte concernida del tubo.
No fue sino hasta noviembre de 2009 cuando los detectores lograron registrar las primeras colisiones de haces de partículas que circulan en direcciones opuestas. Desde entonces, el doble anillo es cada vez más potente.
Milagro
Y parece ser capaz de recuperar el tiempo perdido. “La cantidad de datos recopilados hasta la fecha es equivalente a lo que estaba previsto para todo el año 2011”, señaló este lunes (25.07) el director general del CERN, Rolf-Dieter Heuer. Y toda esa información pudo ser analizada antes de la conferencia, lo que para el físico fue un “milagro”.
Un milagro hecho posible por la reja de cálculo planetario establecida por el LHC, que conecta centros de cálculo en todo el mundo y ha sido capaz de realizar regularmente hasta 200.000 operaciones de análisis de física simultáneamente.
Todo ello, en un campo como el de las partículas, en el que un descubrimiento es el resultado de un ejercicio prolongado. Los investigadores deben analizar grandes cantidades de datos en busca de procesos poco frecuentes.
Shakesperiano
Así que paciencia. Por ahora, los experimentos del LHC se centran en la física ya conocida, afinando medidas y límites. En otras palabras, el descubrimiento del famoso bosón de Higgs, que algunos han llamado “la partícula de Dios” no es inminente. Esta partícula ayuda a explicar en teoría porque los bloques fundamentales de la materia tienen masa.
La primera pregunta es si el bosón de Higgs existe o no: “to be or no to be”, resume Rolf-Dieter Heuer, que cree que la respuesta llegará a finales del 2012. Se necesitará al menos ese tiempo para lograr colisiones suficientemente energéticas y masas de datos suficientemente importantes. Cuando alcance la plena capacidad, el LHC producirá veinte veces más colisiones de partículas que hoy en día.
Y pronto no habrá muchos lugares donde el bosón de Higgs podrá ocultarse. En la actualidad, hay buenas razones para creer que su masa es de entre 115 y 140 GeV (Giga electrón-voltios), lo que haría una partícula más bien pequeña, y por lo tanto, más difícil de detectar.
Los últimos misterios
¿Y si no existiera? Muchos físicos no están muy lejos de pensar que el mundo sería aún más interesante, ya que la Naturaleza les obligaría a revisar su modelo teórico, llamado modelo estándar.
De todos modos, hoy en día, ese modelo ya no lo explica todo. Por ejemplo, ¿por qué la materia visible parece constituir menos del 5% de la masa del universo? Y ¿qué son la materia y la energía negras que componen el resto? La primera, muy probablemente, está hecha de partículas aún desconocidas, mientras que la segunda sería una fuerza antigravedad que hace que, en lugar de frenarse, como debería hacerlo normalmente, el movimiento de expansión del universo se acelere.
Sobre la materia negra la respuesta podría venir del espacio, a través del espectrómetro AMS-02, instalado hace tres meses en la Estación Espacial Internacional y cuyos datos serán analizados por el CERN y luego comparados con aquellos obtenidos por los detectores del LHC.
Y no hay que olvidar la antimateria -que el AMS-02 también está equipado para localizar antimateria, que existía en cantidades enormes en los primeros tiempos del universo. Si el CERN sabe fabricarla, los físicos todavía se preguntan por qué el mundo está hecho de materia y no de antimateria, y si existe realmente una perfecta simetría entre las dos.
Con todo ello hay material suficiente para un buen número de nuevos congresos científicos.
El Gran Colisionador de Hadrones (LHC, en sus siglas en inglés) dispondrá de suficientes datos a finales de 2012 como para descartar o confirmar la existencia del bosón de Higgs, partícula masiva e hipotética predicha por el modelo estándar de la física de partículas, cuya existencia explicaría el origen de la masa de otras partículas elementales, según ha informado el Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN) en un comunicado.
Los principales experimentos del Gran Colisionador de Hadrones(LHC) han presentado en la conferencia de Física de Altas Energías que se celebra estos días en Grenoble (Francia) nuevos datos que estrechan la búsqueda del bosón de Higgs, la última pieza que falta para completar el modelo estándar. Esta teoría, que engloba la relatividad espacial y la mecánica cuántica, describe las partículas fundamentales y sus interacciones.
Los experimentos ATLAS y CMS no encuentran evidencias significativas de la presencia de esta partícula en un amplio rango de masas. Estos resultados distan de ser definitivos, por lo que el acelerador de partículas del CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear), deberá recopilar más datos para poder probar o descartar definitivamente la existencia de esta elusiva partícula.
Los experimentos ATLAS y CMS han presentado en Grenoble sus primeros resultados en la búsqueda del bosón de Higgs. Hasta el momento no han encontrado ninguna señal significativa de la presencia de la partícula Higgs en el rango de masas entre los 120 y los 600 GeV (gigaelectronvoltios). El gigaelectronvoltio es una unidad de energía, pero en física de partículas la masa y la energía pueden ser intercambiadas por la idea de equivalencia demostrada por Einstein en su famosa ecuación (E = MC2).
Así, la energía de las partículas que giran en el LHC se transforma en las colisiones en nuevas partículas muy masivas que inmediatamente “decaen”, se transforman en otras.
De esta manera los físicos reconstruyen los “eventos” o “sucesos” ocurridos en el interior de los experimentos a partir de las partículas resultantes de las colisiones. La existencia del bosón de Higgs se tendrá que observar mediante las partículas resultantes de las colisiones donde se produzca.
Esta partícula es, según la teoría que define las partículas elementales y sus interacciones, el modelo estándar, la que otorgaría masa al resto mediante el llamado “campo de Higgs”. Su existencia fue propuesta por el físico Peter Higgs en la década de los sesenta.
Los resultados de ATLAS permiten descartar, con un nivel de confianza del 95% la existencia de un bosón de Higgs con masas entre 155-190 GeV y 295-450 GeV. Por su parte, CMS descarta con el mismo nivel de confianza su presencia en los rangos de masas de 149-206 GeV y 300- 440 GeV. Sin embargo, en la región de masa entre 120 y 140 GeV, y alrededor de los 250 GeV, ATLAS observa un “moderado exceso de sucesos”, mientras que CMS observa otro “exceso moderado” de eventos por debajo de los 145 GeV.
Según datos obtenidos en otros aceleradores como el Tevatron (EEUU), el rango de masas más probable del bosón de Higgs estaría entre los 114 y 137 GeV, más de 100 veces la masa del protón.
No obstante, los físicos interpretan estas señales con gran cautela a la espera de más datos y estudios adicionales. Se esperan nuevos resultados para la conferencia internacional Lepton-Photon, que se celebrará en India a finales de agosto.
Durante 2011 y 2012 el LHC acumulará diez veces más datos, lo que permitirá a los experimentos explorar de forma mucho más precisa la actual frontera de energía en la búsqueda del bosón de Higgs.
ANTIMATERIA
Pero el LHC no se limita a la búsqueda del bosón de Higgs. El mayor y más potente acelerador de partículas del mundo trata de dar respuestas a algunos de los interrogantes más importantes de la física actual, entre los que se encuentra el de la antimateria.
En teoría, durante la creación del Universo, en el Big Bang, se tuvieron que crear las mismas cantidades de materia como de antimateria, una especie de “reflejo” de la materia igual en todo pero con una carga eléctrica distinta, pero por razones que se desconocen, el Universo está formado por materia y la antimateria parece haber desaparecido (aunque se crea habitualmente en laboratorio y se emplea en los dispositivos PET).
Uno de los experimentos del LHC, LHCb, ha sido especialmente diseñado para indagar en este problema mediante la producción del quark b, una de las partículas elementales más masivas que se conocen. Los físicos sospechan que deben existir ligeras asimetrías entre materia-antimateria que explicarían el predominio de la materia. LHCb ha observado diferencias en las tasas de producción de quarks b y su antipartícula, el antiquark b.
Los físicos que trabajan en LHC exploran también nuevas posibilidades más allá del modelo estándar. Hasta el momento no se han observado aún señales anómalas que evidencien “nueva física”, y los resultados obtenidos dan lugar a nuevos límites a la presencia de nuevas partículas y dimensiones adicionales.
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