descargar - Juventud Tecnica

PARTÍCULASSUBATÓMICAS
EN BUSCA
DEL COSMOS
BEBÉ
El Gran Colisionador de Hadrones,
conocido como “máquina de Dios”,
nos está revelando los ingredientes
que en su minuto se guisaron para
poder darle asunto al Universo
Por Toni Pradas
(Ilustración: Antoine de Saint-Exupéry)
04
Q
uarks, kaones, piones, leptones, bosones…
Ufff… También gravitones, neutrinos, electrones, gluones… Parecen nombres de villanos de historietas, pero es la familia de partículas subatómicas
que crece y cada vez aparecen más componentes,
menudos, simpáticos, cuantiosos, como si se tratara
de una madriguera de hámsteres. Para colmo, cuando ya no nos quedaban dedos para enumerarlos, fue
descubierto el más famoso y escurridizo, el efímero
bosón de Higgs, del que todo el mundo habla enarcando las cejas porque se trata, ni más ni menos, del
“eslabón perdido” de la Física. O como muchos han
preferido llamarle: la “partícula de Dios”.
Pero para ser puntillosos, el bosón de Higgs realmente no es una partícula sino la excitación de un
campo. Antonio Ruiz de Elvira, catedrático de Física
Aplicada de la Universidad de Alcalá, en España, sabe
ingeniárselas para que los profanos no se queden sin
entender. El bosón, dice, es como el hocico del pez
que roza la superficie del estanque (el campo) y
desaparece de nuevo. ¿Excitante, no? Y si el estanque
es como el Mediterráneo y el pez toca esa superficie
una vez cada año, es difícil poder observar el evento.
Hay que estar muy, pero que muy atento… y sin pestañear.
Quizás parezcan exageradas las proporciones que
usa Ruiz de Elvira; sin embargo, el catedrático hace
bien su entalle de la realidad. Digamos que para lograr esa “excitación”, se necesitó una complejísima
tecnología para estrellar hadrones (partículas subatómicas), más exactamente haces de protones, con
la codicia científica de examinar, luego de semejante
encontronazo, la validez y límites del Modelo Estándar de la física de partículas.
Este modelo es una teoría desarrollada entre
1970 y 1973, y describe las relaciones entre las interacciones fundamentales conocidas y las partículas
elementales que componen toda la materia.
Una partícula elemental propuesta por esa teoría
es el susodicho bosón, aludido así en honor a Peter
Higgs. El británico, junto a otros, propuso en 1964
el hoy llamado mecanismo de Higgs para explicar
el origen de la masa de las partículas elementales
y su clarividencia hasta le valió un premio Nobel,
en 2013.
Ese descubrimiento fue posible gracias a un acelerador y chocador de partículas, uno de los artefactos
más gigantescos que mente humana elucubrara. Estamos hablando del Gran Colisionador de Hadrones
(LHC, sus iniciales inglesas), enquistado cerca de Ginebra, en la bucólica frontera franco-suiza, tras los
muros de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (mejor conocida como CERN, siglas en
francés de su antiguo nombre).
Sin el bosón de Higgs las partículas no podrían mantenerse
unidas y no habría materia, de ahí la importancia de su descubrimiento para los científicos. (Ilustración: AFP/CERN)
05
Es decir, se ha necesitado un aparato de 27 kilómetros de circunferencia y alrededor de diez mil interconexiones de imanes superconductores para pescar esa
“chispita” indetectable, pues no posee carga eléctrica
o color, es muy inestable y se desintegra rápidamente.
Pero valió la pena. Incluso más que obtener constancia del beso anual de un pez en la gigantesca pecera
mediterránea. Sin el bosón, anotemos, las partículas no
podrían mantenerse unidas y no habría ni pizca de materia: Sin el bosón no podríamos indagar sobre aquel
minuto del parto sin tocólogo de nuestra casa sideral.
Quintillizos
Tras descubrir el 4 de julio de 2012 esa piedra angular de la estructura fundamental de la materia, el
LHC, exhausto, se tomó unas calladas vacaciones.
Los científicos lo enfriaron a temperaturas cercanas
al cero absoluto y luego lo mimaron durante dos
años con mantenimientos y reparaciones. Unos 150
millones de dólares permitieron casi doblarle la potencia energética para poder colisionar átomos con
mayor pujanza, lo que permite crear condiciones similares a las de los primeros instantes del Universo.
Hasta que el 3 de junio pasado le quitaron las sábanas, lo desperezaron e iniciaron una nueva
fase de experimentos inéditos. De tal
suerte, a mediados de septiembre,
el CERN hizo un nuevo anuncio
que dejó a la comunidad física boquiabierta.
Soterrado a cien metros
y con acelerones cercanos a la velocidad de
la luz, el LHC había
permitido descubrir
una nueva categoría de partículas,
los pentaquarks,
cuya existencia se
sospechaba pero
nunca había sido
demostrada por los
científicos.
La reciente revelación
del pentaquark constituye, junto con el bosón de
Higgs, el más descollante hallazgo de la física de partículas.
(Foto: CERN/LHCb Experiment)
06
El pentaquark –explicó entonces en un comunicado el portavoz del experimento, Guy Wilkinson–
está compuesto por quarks; es decir, los constituyentes fundamentales de los protones y de los
neutrones, asemblados en una configuración que
no había sido jamás observada en más de medio
siglo de investigaciones.
Así fue como dedujeron que gracias a este parto, el estudio de las propiedades de los recién nacidos “quintillizos” podría permitirles comprender
mejor cómo se constituye la materia ordinaria,
“esto es, los protones y los neutrones de los que
estamos todos formados”, añadió Wilkinson.
Es más: los investigadores, según el estudio que
publicaron en Physical Review Letters, expusieron
que el pentaquark no es solo una nueva partícula,
sino una forma de agregar quarks.
La existencia de esta miga física fue sugerida
por primera vez en 1963 por los teóricos Murray
Gell-Mann (Premio Nobel en 1969) y George
Zweig, cada uno por su parte, y fue descrita como
un componente básico de los hadrones, que están compuestos de protones y
neutrones. Dicho de otra
forma: La teoría del
quark que cavilaran ellos,
postulaba que
esta
es
Después de media centuria de espera, el pentaquark
se une a la familia de las partículas subatómicas. (Infografía: AFP/CERN)
la partícula más pequeña de la materia, la cual es
capaz de transportar cargas eléctricas.
En tanto, la palabra quark se le debe a Gell-Mann,
quien se la robó con humor y viveza de una frase
del escritor James Joyce.
Como quien ordena un zoo, Gell-Mann fue más
lejos y propuso una distinción entre dos categorías
de partículas: por una parte los bariones –entre los
que se encuentran los protones y los neutrones– y
por la otra, los mesones. Los bariones están compuestos por tres objetos complementarios, llamados quarks; y los mesones están formados por pares de quarks y antiquarks (su antipartícula).
Hasta hace poco solo se habían detectado
hadrones con dos o tres quarks. En los últimos
años, los físicos tuvieron evidencia de hadrones
conformados por cuatro quarks, llamados tetraquarks. Sin embargo, los primeros anuncios so-
bre la detección de pentaquarks que contienen
cuatro quarks y un antiquark, fueron refutados,
como ocurrió con un experimento japonés en
2003. ¡Qué fastidio ha sido desenmascarar al
pentaquark! Hasta que los expertos dijeron que
los recientes resultados de la “máquina de Dios”
sí parecían creíbles.
La clave, se ufanaron los autores, fue buscar
pentaquarks a partir de varios ángulos diferentes.
“Es un poco como si los estudios precedentes hubieran buscado siluetas en la oscuridad, mientras
que el LHC llevaba a cabo las investigaciones a
plena luz del día y bajo todos los ángulos”, explicó la organización europea.
No obstante, Sheldon Stone, físico en la Universidad de Syracuse, en Nueva York, coautor del estudio, cree que lo ocurrido fue más bien un golpe
de suerte. “Él nos encontró”, rió Stone. Y no solo
tropezaron con un pentaquark después de una
búsqueda de 50 años, sino que obtuvieron dos
diferentes: “Es grande tener suerte o ser bueno,
pero es mejor ser bueno y afortunado”, filosofó.
07
El hallazgo, a raíz de los experimentos, puede representar un avance importante en los estudios de
la Física sobre el origen del Universo. "Si se verifica el
descubrimiento, marcará el inicio de toda una nueva
forma de materia", agregó el físico teórico Eric Swanson, de la Universidad de Pittsburgh, Estados Unidos.
De manera que una vez escanciado el champaña de
la celebración, a los sesudos no les quedó otro camino que calarse las gafas y volcarse hacía la siguiente
etapa del estudio: analizar la manera en la que los
quarks están unidos al interior de los pentaquarks.
Murray Gell-Mann fue uno de los que profetizó el quark y quien formuló las diversas
categorías de partículas. La foto fue tomada en Niza, Francia, en el año 2012.
(Foto: Melirius).
08
Cinco cosas por descubrir
Sin duda, los científicos quieren revelar muchos
misterios del Universo aún pendientes y para ello,
con toda seguridad, usarán el Gran Colisionador contra todo hadrón que se le ponga delante.
De momento, ya han priorizado cinco papeletas
con igual cantidad de preguntas que se han jurado
responder.
1-¿Nos depara nuevas sorpresas el bosón de Higgs?
Los investigadores creen que todavía podemos
aprender mucho más para entender mejor el venerado bosón. Por ejemplo, cómo decae y si coincide con
las predicciones teóricas. Incluso, cualquier cosa fuera de lo normal sería una gran ayuda para los físicos,
por ello buscan pruebas de nuevos fenómenos que
puedan explicar algunos de los enigmas de la Física
que están aún sin resolver.
2-¿Qué es la materia oscura?
Sea de una célula o de una galaxia, esa materia
que conocemos es la llamada materia ordinaria. Y
si bien es tan común, solo representa el 15 por ciento de toda la que existe en el Universo. Los científicos no tienen duda de que necesariamente existe
otra, el resto, llamada materia oscura, que es invisible para nosotros pero sus efectos gravitatorios se
hacen notar en el cosmos. Por supuesto, en el LHC
buscarán evidencias de la existencia de WIMP (siglas
inglesas de las Partículas Masivas de Interacción Débil) que, se cree, componen la materia oscura. Sus
huellas también podrían aparecer en el chico predilecto de los físicos: el bosón de Higgs.
3-¿Encontraremos la supersimetría?
La supersimetría, una teoría muy popular de la física
de partículas, respondería muchas incógnitas, entre
estas por qué la masa del bosón de Higgs es más ligera
de lo esperado. Esta teoría propone una serie de partículas elementales exóticas que son gemelas más pesadas
de aquellas ya conocidas, pero con un espín (momento intrínseco de rotación) diferente. Las energías más
altas en el mejorado LHC podrían impulsar la producción de las hipotéticas partículas supersimétricas, llamadas gluinos. Con una gran cantidad aumentarían
las probabilidades de encontrarse las respuestas.
4-¿Dónde está la antimateria perdida?
La cuestión de la “antimateria perdida” ha tenido en ascua a los físicos durante décadas. Según la
teoría, durante el Big Bang inevitablemente tuvo
que producirse una cantidad igual de materia que
de antimateria y estas, sin dar ni pedir perdón, se
aniquilan entre sí cuando se encuentran. Pero si
todo lo que vemos a nuestro alrededor está hecho
de materia, ¿a dónde ha ido a parar entonces la
antimateria que falta? Para saberlo, echarán mano
al LHC, que podría probar con precisión cómo la
materia venció (afortunadamente para nuestras
vidas) a la antimateria en esta contienda.
5-¿Cómo fue el origen del Universo?
Justo después del Big Bang, el Universo estaba
tan caliente y denso que los protones y los neutrones no podían formarse. Así, las partículas que
los componen –quarks y gluones– flotaban en una
suerte de sopa conocida como “plasma de quarks
y gluones”. Para estudiar este tipo de materia, en
lugar de protones el LHC utiliza núcleos de plomo para producir colisiones extraviolentas que
recrean la bola de fuego del Universo primigenio.
Con más colisiones del acelerador, los investigadores serían capaces de ver con mayor precisión
cómo era entonces nuestro cosmos bebé.
Repotenciado el Gran Colisionador de Hadrones, con él se espera poder sacudir las
brumas que esconden los pormenores del
origen del Universo. (Foto: CERN)
09