La fórmula uno de los más pequeños del Universo

La humanidad siempre se ha interesado por aquello que le rodeaba, de lo más grande a lo más pequeño. En estos últimos siglos, los científicos han ido desvelándonos los misterios más ocultos de la partes más pequeñas que constituyen la materia, las partículas elementales. Estudiar este tipo de objetos no es fácil, debido a que tienen medidas muy pequeñas, del orden de los picómetros, 10^-12 m. Es por este motivo, que se necesita desarrollar tecnología muy potente para hacer observaciones a tan pequeña escala.

Las herramientas que se utilizan para poder estudiar los constituyentes de la materia son los aceleradores y colisionadores de partículas, así como los detectores de haces de partículas. Los primeros se encargan de hacer que partículas cargadas alcancen velocidades muy elevadas gracias a la aportación de altas energías, para que estas se encuentren y colisionen en unos determinados puntos, donde se colocaran los detectores de haces de partículas para poder observar los fenómenos sucedidos. A partir de estos choques o interacciones se pueden, por ejemplo, generar nuevas partículas. El método utilizado para acelerar las partículas está basado en la aceleración y la repulsión electromagnética. Existen diferentes tipos de aceleradores: lineales y circulares, según sea la forma del túnel por donde viajan las partículas.

Con estos experimentos, los científicos quieren estudiar las propiedades de las interacciones fundamentales de la materia, y tal vez, descubrir nuevos constituyentes de esta. En particular, pretenden detectar una partícula, hasta ahora desconocida empírica o experimentalmente, pero necesaria a nivel teórico, como es el bosón de Higgs. Este descubrimiento permitiría comprender el origen de las masas de las partículas, así como completar el Modelo Estándar, la teoría que explica las interacciones electromagnética, nuclear débil y nuclear fuerte. Además, las condiciones que se recrearán durante estas colisiones serán similares a las que existieron los primeros instantes del Universo. En aquellos momentos, toda la materia y antimateria se encontraba en un punto de densidad elevadísima. La antimateria está constituida por las antipartículas, que son partículas similares a las que constituyen la materia pero de carga eléctrica contraria. La antipartícula del electrón es el positrón. Ambos tienen igual masa, igual dimensiones, igual carga eléctrica, pero los electrones están cargados negativamente y los positrones positivamente. Cuando la materia y la antimateria se encuentran se aniquilan y se transforman en energía según la ecuación de Einstein, E=mc². Es gracias a esta ambivalencia de masa y energía que tales condiciones fueron posibles. De este modo, recreando estas condiciones, se podrá conocer mejor que sucedió en el Big Bang.

Hace unos meses, la construcción del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) se dio por finalizada. El LHC es un acelerador-colisionador de partículas circular. Consiste en dos anillos circulares de 27km de diámetro y está diseñado para acelerar protones y núcleos atómicos a muy altas energías. Desgraciadamente, actualmente se encuentra parado debido a problemas técnicos, y su puesta en marcha se ha pospuesto hasta la primavera del 2009.

A pesar de todas las posibilidades que el LHC aporta, los colisionadores de este tipo presentan algunas limitaciones, algunas derivadas de su forma o geometría y otras del tipo de partículas que se aceleran. Por el hecho de ser circular, las partículas sufren pérdidas energéticas debido a la radiación sincrotrón y por lo tanto existe una barrera energética de trabajo y la imposibilidad de desarrollar algunos experimentos. Por otro lado, en el LHC se acelerarán protones y pequeños núcleos, que no son partículas elementales. Los protones, por ejemplo, están formados por tres quaks. Cuando dos protones chocan, las colisiones fundamentales se producen entre los quarks que los constituyen y la información detectada aparece confusa. Discernir cuales son las partículas e interacciones de estudio se complica. ¿Cómo podríamos solucionar estas cuestiones?

Un equipo de investigadores de la UPC participan en una parte de un macro-proyecto mayor, la construcción del CLIC. Un nuevo acelerador de geometría lineal donde se podrían acelerar electrones y positrones, que sí son partículas elementales, con altas energías. Si este proyecto acaba dando los resultados esperados, los físicos podrían llegar a hacer muchísimos más estudios y conocer mejor los orígenes del Universo o la evolución estelar. Por otra parte, todas estas investigaciones también acaban aportando mejoras en muchos campos de aplicación directa o semi-directa como son la medicina o las centrales nucleares.

Si os apetece ampliar esta información, aparecerá en breve el artículo “Carreras de partículas”, que yo misma he redactado estas últimas semanas, en la revista Informacions de la UPC.

http://www.upc.edu/revistainformacions/

Finalmente, sólo me queda tranquilizar a aquellos que temen que el LHC pueda generar agujeros negros que se nos engullan... Pensad que cuando los físicos hablan de altas energías a nivel subatómico, hablan de Teraelctronvolts (TeV), unidades grandes a nivel microscópico, pero pequeñísimas a nivel macroscópico. Además, la atracción gravitatoria que podría engullirnos a esos interiores oscuros disminuye con la distancia. Las partículas elementales son pequeñísimas, y así mismo el alcance hasta donde llega su poder. Los objetos que se encuentren a unos cm de los posibles micro agujeros negros no sufrirían ningún efecto, y toda la maquinaria utilizada ya tiene esas dimensiones. Finalmente, recordar que por fluctuaciones cuánticas estos posibles mini agujeros negros se desintegran solos de forma natural. Así que en un principio, podemos estar tranquilos... El microcosmos de acelera, pero no nos arrastra con él!