Aceleradores de partículas: Descifrando el código
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Aceleradores de partículas: código genético del Universo Descifrando el J. Rubén G. Cárdenas. La investigación sobre las partículas elementales constituyentes de la materia, consiste, de hecho, en descifrar el código genético del universo: por qué es como lo conocemos y cómo fue que se hizo así. El objetivo de la física de partículas es entender el mundo que nos rodea al identificar las partículas elementales que lo componen, conocer sus propiedades y cómo interactúan entre sí. Las investigaciones se dan en dos vertientes principales: una a través de experimentos y otra teórica al tratar de determinar los principios físicos del fenómeno que se observa, lo que el físico teórico Richard Feynman llamó ?los patrones en los fenómenos naturales que no son aparentes al ojo humano sino al ojo del análisis?. El diálogo entre experimentales y teóricos es permanente: el trabajo experimental generalmente está guiado por predicciones teóricas y a su vez, los experimentos que arrojan frecuentemente nuevos resultados, deben cimentarse en explicaciones teóricas. Para tratar de entender la estructura de la materia, y las fuerzas que gobiernan su comportamiento se han construido aparatos capaces de realizar experimentos con partículas aceleradas a velocidades cercanas a la de la luz llamados aceleradores de partículas. Estos aparatos generan haces de partículas subatómicas que al ser acelerados por medio de campos electromagnéticos, pueden colisionar con otras partículas de tal forma que la trayectoria de las partículas que libera la colisión puede registrarse, con ayuda de detectores especiales, o como datos informáticos, lo que proporciona importante información sobre la estructura y propiedades de las partículas que han colisionado. Para investigar fenómenos de escala subatómica se emplean potentes aceleradores de partículas que producen haces de partículas con velocidades cercanas a la de la luz los cuales se hacen chocar y, asombrosamente, crean frecuentemente nueva materia. Esta se crea debido a la energía de la colisión de acuerdo con las reglas de la mecánica cuántica relativista. A mayor energía de la colisión, mayor número de partículas son creadas aunque muchas de ellas son efímeras: existen solamente por muy poco tiempo antes de transformarse en otras partículas más estables. Así pues en los aceleradores se pueden estudiar fenómenos que de otra manera no podrían ser observados en la Tierra. Hoy los aceleradores pueden hacer colisionar partículas de tan altas energías que, en una escala pequeña, pueden replicar las condiciones que prevalecían cuando el universo tenía tan solo una fracción de segundo y permiten a los físicos el estudio de partículas que formaron el universo. Imagen parcial de un acelerador de partículas en el CERN. Imagen tomada de http://domino.lancs.ac.uk Nuevas partículas en un acelerador Un grupo del Instituto de Física de Cantabria, España, ha participado en el proyecto de colaboración internacional en el Collider Detector, desarrollado en el laboratorio Fermi de EU (Batavia, Illinois) en el 2006. Los autores del trabajo han detectado la presencia de dos nuevos tipos de bariones, que son familias de partículas compuestas por tres quarks, a la que pertenecen también los protones y neutrones. Los dos nuevos bariones, que han sido bautizados con el nombre de Sigma-sub-b; son casi seis veces más pesados que un protón y tienen una vida extremadamente breve, ya que desaparecen en un ínfimo instante. Para diferenciar estos dos nuevos bariones de los ya existentes, es necesario observar el tipo de quarks que los componen. Según la teoría física de la estructura de la materia; existen seis tipos diferentes de quarks: . Los dos tipos de bariones descubiertos por el experimento están formados por dos up y un bottom, y dos down y un bottom. Esto les convierte en partículas exóticas (1) ya que la materia ordinaria está compuesta sólo por quarks up y down. Así, el hallazgo de estas dos nuevas partículas permite profundizar en el conocimiento de la estructura fundamental de la materia y de las fuerzas íntimas que gobiernan su comportamiento. Además nos permiten ir completando una tabla periódica de los bariones ya que el modelo teórico que explica las interacciones fundamentales de la materia ya predecía su existencia y el proyecto Collider Detector confirmó esa predicción. Para poder encontrar estas dos nuevas partículas, los científicos seleccionaron 103 partículas up-up-bottom y 134 down-down-bottom, todas ellas surgidas y elegidas de los más de 100,000 millones de choques de alta energía de protón y antiprotón producidos por el acelerador del Laboratorio Fermi en los últimos 5 años. Así como con los aceleradores de partículas se utilizan para crear nuevas partículas (a veces efímeras), es posible también recrear el estado de la materia de los primeros momentos de la vida del Universo, de hace miles y miles de millones de años, gracias a las velocidades relativistas que pueden lograrse. Esto es precisamente lo que se quiere conseguir a través del experimento ?Alicia?, que se realizará próximamente en Europa (finales del 2007 al 2008), con la colaboración de varias universidades del mundo, entre ellas la UNAM. 1) en un principio parecía que los ladrillos fundamentales de la materia eran los electrones, protones y neutrones, pero en los años cincuenta cuando se descubrieron partículas como los cuarks y todas sus variantes, que no concordaban con el modelo estándar de la física de partículas, les llamaron partículas exóticas. Referencias CERN, the coolest place in the Universe? en su página del internet http://public.web.cern.ch Espectrometría de masas usando aceleradores de partículas?, grupo Física de iones pesados y espectroscopía de masas, Laboratorio "Tandar". Buenos Aires, Argentina, en su página de Internet: http://www.tandar.cnea.gov.ar Exotic Relatives of Protons and Neutrons Discovered by Pitt, Carnegie Mellon Researchers in Fermilab Collaboration?. Press Release. Universidad de Pittsburgh, octubre 24 del 2006 Elementary-Particle Physics: Revealing the Secrets of Energy and Matter? EU.1998. The National Academic Press en su página de internet.
