Gran Colisionador de Hadrones

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) es el destructor de átomos más poderoso del mundo y ha hecho algunos descubrimientos realmente revolucionarios para el mundo de la física. Hoy te contamos todo lo que necesitás saber sobre el LHC, su historia, presente y futuro.

Qué es el Gran Colisionador de Hadrones

La épica belleza del interior del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN.

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés) es el colisionador de partículas más grande del mundo: una maravilla de la física de partículas moderna que ha permitido a los investigadores sondear las profundidades de la realidad.

En 2012, el enorme colisionador de átomos, un anillo subterráneo de 34 kilómetros de largo en la frontera de Francia y Suiza, permitió a los investigadores encontrar evidencia del famoso bosón de Higgs y desde entonces ha llevado a muchos otros descubrimientos.

¿Cuánto tiempo tomó construir el Gran Colisionador de Hadrones (LHC)?

El Gran Colisionador de Hadrones del CERN es el mayor acelerador de partículas construido. Se constituye por una circunferencia que se extiende a lo largo de 26 659 metros y que contiene 9300 imanes en su interior.

Los orígenes del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) se remontan a 1977, cuando Sir John Adams, ex director de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN), sugirió construir un túnel subterráneo que pudiera acomodar un acelerador de partículas capaz de alcanzar energías extraordinariamente altas, según un artículo de historia de 2015 del físico Thomas Schörner-Sadenius.

El proyecto se aprobó oficialmente 20 años después, en 1997. Y así se inició la construcción del anillo que pasaba por debajo de la frontera franco-suiza capaz de acelerar partículas hasta un 99,99 % de la velocidad de la luz y aplastarlas.

El Gran Colisionador de Hadrones es el mayor acelerador de partículas y el frigorífico más grande del mundo. En el interior del LHC, las temperaturas alcanzadas son las del espacio, y para su correcto funcionamiento, sus imanes necesitan temperaturas de -271,3º C, para lo que se emplean toneladas de nitrógeno líquido y helio.

Dentro del anillo, 9300 imanes guían paquetes de partículas cargadas en dos direcciones opuestas a una velocidad de 11 245 veces por segundo. Finalmente, los unen para una colisión frontal, según se explica desde el propio CERN.

Las instalaciones del LHC del CERN son capaces de crear alrededor de 600 millones de colisiones por segundo, arrojando increíbles cantidades de energía y, de vez en cuando, una partícula pesada exótica y nunca antes vista.

¿Te habías preguntado cómo es el Gran Colisionador de Hadrones por dentro?

El LHC opera a energías 6,5 veces más altas que el acelerador de partículas récord anterior, el Tevatron fuera de servicio de Fermilab en los EE. UU.

La construcción del LHC costó un total de 8 mil millones de dólares, de los cuales $531 millones provinieron de los Estados Unidos. Más de 8000 científicos de 60 países diferentes colaboran en sus experimentos.

Breve explicación del Gran Colisionador de Hadrones por parte del equipo científico del CERN.

El acelerador encendió por primera vez sus rayos el 10 de septiembre de 2008, chocando partículas a solo una diezmillonésima parte de su intensidad de diseño original.

Se apagó en 2018 para realizar actualizaciones y se volvió a encender el 22 de abril de 2022, con mayor potencia y el doble de índice de colisión. El objetivo es aumentar la energía de las colisiones a un récord de 13,6 TeV.

¿Podría el Gran Colisionador de Hadrones destruir el mundo?

¿Sabías que en el CERN hay una estatua de Shiva, uno de los dioses más importantes del hinduismo? Esta representación, llamada Nataraja (el Rey de la Danza), es una metáfora de la creación del Universo al principio de cada ciclo cósmico, representado a su vez por la danza cósmica de Shiva, capaz de crear o destruir lo que desee.

Antes de que comenzara a operar, existía el temor de que el nuevo destructor de átomos destruyera la Tierra, tal vez creando un agujero negro que lo consumiera todo. Pero cualquier físico de renombre diría que tales preocupaciones son infundadas.

«El LHC es seguro, y cualquier sugerencia de que pueda presentar un riesgo es pura ficción», dijo el director general del CERN, Robert Aymar, a los colegas del medio LiveScience. Además, en el sitio oficial del CERN, hay una entrada entera dedicada a la cuestión, donde entre otras cosas se señala que:

«El LHC no generará agujeros negros en el sentido cosmológico. Sin embargo, algunas teorías sugieren que la formación de diminutos agujeros negros ‘cuánticos’ puede ser posible. La observación de tal evento sería emocionante en términos de nuestra comprensión del Universo. Y sería perfectamente seguro».

CERN.

Asimismo, esto no quiere decir que la instalación no pueda ser potencialmente dañina si se utiliza incorrectamente. En el CERN no existe riesgo por agujeros negros, pero es necesario mantener cuidados extremos.

Por ejemplo, ¿te imaginas qué le pasaría a un cuerpo humano si cae en el LHC? Si metieras tu mano en el rayo del Gran Colisionador de Hadrones, que enfoca la energía de un portaaviones en movimiento hasta un ancho de menos de un milímetro, te haría un agujero de lado a lado y, luego, la radiación en el túnel simplemente te mataría.

¿Qué se ha descubierto en el Gran Colisionador de Hadrones?

Ahora bien, dejando de lado el sensacionalismo, ¿te has preguntado qué cosas se han descubierto en el Gran Colisionador de Hadrones o qué ha encontrado el LHC? 

Durante los últimos 10 años, el LHC ha hecho chocar átomos para sus dos experimentos principales, ATLAS y CMS, que operan y analizan sus datos por separado.

ATLAS y CMS: más de 2000 artículos científicos

Esto es para garantizar que ninguna colaboración influya en la otra y que cada una proporcione un control sobre su experimento hermano. Los instrumentos han generado más de 2000 artículos científicos en muchas áreas de la física de partículas fundamental.

El Modelo Estándar de la física

El 4 de julio de 2012, el mundo científico observó con gran expectación cómo los investigadores del LHC anunciaron el descubrimiento del bosón de Higgs, la pieza final del rompecabezas en una teoría de cinco décadas de antigüedad llamada Modelo Estándar de la física.

Cómo surge la masa en el universo

El modelo estándar intenta dar cuenta de todas las partículas y fuerzas conocidas (excepto la gravedad) y sus interacciones. En 1964, el físico británico Peter Higgs escribió un artículo sobre la partícula que ahora lleva su nombre, explicando cómo surge la masa en el universo.

El Higgs es, en realidad, un campo que impregna todo el espacio y arrastra cada partícula que se mueve a través de él. Algunas partículas avanzan más lentamente a través del campo, y esto corresponde a su mayor masa.

El bosón de Higgs

El bosón de Higgs es una manifestación de este campo, que los físicos habían estado persiguiendo durante medio siglo. El LHC se construyó explícitamente para finalmente capturar esta esquiva cantera.

Que Higgs y Englert merecían un Nobel

Finalmente, al descubrir que el Higgs tenía 125 veces la masa de un protón, tanto Peter Higgs como el físico teórico belga Francois Englert recibieron el Premio Nobel de Física en 2013 por predecir su existencia.

Que, igualmente, aún queda mucho trabajo

¿Sabías que, hasta la fecha, el costo del Gran Colisionador de Hadrones ronda los US$ 6000 millones?

Incluso con el Higgs en la mano, los físicos no pueden descansar porque el modelo estándar todavía tiene algunos agujeros. Por un lado, no se ocupa de la gravedad, que está mayormente cubierta por las teorías de la relatividad de Einstein.

Tampoco explica por qué el universo está hecho de materia y no de antimateria, que debería haberse creado en cantidades aproximadamente iguales al principio de los tiempos. Y no dice nada sobre la materia oscura y la energía oscura, que aún no se habían descubierto cuando se creó por primera vez.

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) dio pie a otro importante avance en el mundo de la ciencia: la detección de neutrinos por primera vez en la historia.

Antes de que se encendiera el LHC, muchos investigadores habrían dicho que la próxima gran teoría es la conocida como supersimetría, que añade parejas gemelas similares pero mucho más masivas a todas las partículas conocidas. Uno o más de estos compañeros pesados ​​podrían haber sido un candidato perfecto para las partículas que componen la materia oscura.

Y la supersimetría comienza a controlar la gravedad, lo que explica por qué es mucho más débil que las otras tres fuerzas fundamentales. Antes del descubrimiento del Higgs, algunos científicos esperaban que el bosón terminara siendo ligeramente diferente de lo que predijo el Modelo Estándar, lo que sugiere una nueva física.

¿Sabías que el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) es el lugar más vacío del Sistema Solar? Es sencillamente necesario para evitar que las partículas, al ser aceleradas para su estudio, choquen con otras moléculas de gas. El vacío en su interior es similar al que se puede encontrar en el espacio interplanetario.

Pero cuando apareció el Higgs, fue increíblemente normal, exactamente en el rango de masa donde el Modelo Estándar dijo que estaría. Si bien este es un gran logro para el modelo estándar, ha dejado a los físicos sin buenas pistas para continuar.

Algunos han comenzado a hablar sobre las décadas perdidas persiguiendo teorías que sonaban bien en el papel, pero que parecen no corresponder a las observaciones reales. Muchos esperan que las próximas ejecuciones de toma de datos del LHC ayuden a aclarar parte de este lío.

¿Qué se está haciendo en el Gran Colisionador de Hadrones ahora mismo?

¿Sabías que en el Gran Colisionador de Hadrones se desafía a la gravedad constantemente? Los imanes del LHC generan campos magnéticos 100 000 veces más potentes que la fuerza gravitacional de la Tierra.

El LHC se cerró en diciembre de 2018 para pasar dos años de actualizaciones y reparaciones. El plan para reiniciar la instalación se retrasó por el inicio de la pandemia, según el CERN.

Finalmente, el 22 de abril de 2022, el LHC comenzó a prepararse para explorar una vez más la vanguardia de la física de partículas. El anillo colisionador gigante se encendió después de su siesta de tres años y ahora es más poderoso que nunca. El acelerador podrá aplastar átomos con un ligero aumento de energía, pero con el doble de colisiones por segundo.

¿Sabías que el circuito del LHC es en el que se alcanzan las velocidades más altas del mundo? En su interior, los científicos han logrado acelerar partículas hasta el 99.9999991 % de la velocidad de la luz, el límite de velocidad en el universo.

Los datos de ejecuciones anteriores del LHC se han utilizado para detectar neutrinos fantasmales dentro de la máquina por primera vez, misteriosas partículas ‘X’ primordiales del comienzo de los tiempos y un patrón extraño que no puede ser explicado por nuestra comprensión actual del universo.

En la nueva ejecución, llamada Run 3, estarán en línea dos nuevos experimentos: FASER y SND@LHC. Con estos experimentos dentro del LHC, los físicos buscarán física «más allá del Modelo Estándar».

Mantenimiento de las instalaciones del Gran Colisionador de Hadrones.

Además, las colisiones especiales de protones y helio mostrarán con qué frecuencia se producen antiprotones para explicar por qué la materia se apoderó del universo. Las colisiones que involucran iones de oxígeno deberían arrojar luz sobre los rayos cósmicos y un estado de la materia llamado plasma de quarks-gluones que se cree que existió justo después del Big Bang.

Y, por supuesto, ya se habla de un acelerador de partículas aún más potente para sustituirlo, situado en la misma zona, pero cuatro veces más grande que el LHC

El enorme reemplazo podría tomar 20 años y costar unos 27 mil millones de dólares, más del doble de la cantidad de dinero necesaria para erradicar el hambre del mundo, según los cálculos que se hicieron cuando Elon Musk prometió donar el dinero necesario, hace ya más de un año.

Por Hernán Roble

Investigador y divulgador científico, apasionado por las ciencias y fundador de Enclave Científico.

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