“La Maquina de
Dios”
Introducción
“La
física de partículas es lo increíble en busca de lo inimaginable. Para
identificar los fragmentos más pequeños del universo tiene que construir la
maquina más grande del mundo. Para volver a crear las primeras millonésimas de
segundo de la creación tiene que generar energía a una escala impresionante”.
Así comenta el periódico británico “The Guardian” sobre el experimento
científico más grande que se ha realizado en la historia de la física de
partículas. El cual comenzó haya por el 9 de septiembre de 2008, ubicado en las
cercanías de Ginebra en la frontera Franco-Suiza, conocido en el ámbito de la
ciencia como Gran Colisionador de Hadrones o LHC (sus siglas en ingles), pero
popularizado por los medios de comunicación como “la máquina de Dios”, porque
según se dijo este experimento buscaba la llamada “partícula divina” o sea,
aquella que fue protagonista en los orígenes del universo. A partir de ello se
generaron grandes expectativas sobre sus resultados y se oyeron las más
diversas conjeturas en las mesas de cafés, en los pasillos de las escuelas, en
los asientos de los colectivos. Rápidamente el tema inundo el mundo de lo
cotidiano y la opinión pública se apodero de él, hablando muchas veces desde un
lugar sensato y crítico pero otras cayendo en exageradas especulaciones y
rozando un tono mitológico. Desde ese lugar de interés público, y no tanto por
su espectacularidad tecnológica-científica, es que se presenta como un tema
digno de profundizar y compartir desde la comunicación.
Desarrollo
El
gran colisionador de hadrones es un acelerador y colisionador de partículas
ubicado en la organización europea para la investigación nuclear (CERN) cerca
de la ciudad de Ginebra. Fue diseñado para hacer colisionar haces de hadrones,
más precisamente de protones, siendo su propósito principal examinar y
determinar la validez del modelo estándar, el cual es actualmente el marco
teórico de la física de partículas.
El
LHC es el acelerador de partículas más grande y energético del mundo. Usa el
túnel de 27 km de circunferencia creado para el Gran Colisionador de Electrones
y Positrones (LEP en inglés) y más de 2000 físicos de 34 países y cientos de
universidades y laboratorios han participado en su construcción. Dentro del colisionador dos haces de
protones son acelerados en sentidos opuestos hasta alcanzar el 99,99% de la velocidad
de la luz, y se los hace chocar entre sí produciendo altísimas energías (aunque
a escalas subatómicas) que permitirían simular algunos eventos ocurridos
inmediatamente después del big bang).
Este
experimento
llega a producir hasta seiscientos
millones de colisiones por segundo. Lo ideal sería fotografiar
(almacenar) todas y cada una de ellas, pero eso es, con la potencia de cálculo
que tienen hoy en día las computadoras, imposible. Así, no queda otra que hacer
una selección "al aire". Es decir, según llegan los seiscientos
millones de colisiones por segundo, tenemos que decidir si esta o aquella
colisión la guardamos. ¿Y el resto? Las perdemos para siempre. El número que se
puede guardar es de trescientas por segundo. Cuando una colisión ocurre dentro
de esta cámara fotográfica, y en cuestión de microsegundos, los productos de la
colisión ya han atravesado el detector, o se han desintegrado, no dejando nada
más que su rastro.
Las partículas pueden dejar
dos tipos de rastros: puntos o "hits" en los llamados detectores de
trazas, y depósitos de energía en los llamados detectores de calorimetría. El
paso siguiente es transferir, a una velocidad de trescientas por segundo, las
colisiones aceptadas fuera del experimento. Éstas se envían a siete centros de computación repartidos por el mundo;
en estos centros, con un poco más de tiempo para reconstruir las colisiones (o
sucesos) con más calma, se reconstruye en mejor detalle lo ocurrido en cada
colisión, y se guarda en cintas. Y aquí es donde empieza, en cierto modo, el
análisis de los datos. Los físicos
de tienen que leer los millones de colisiones almacenados en estas cintas y
extraer, de todas ellas, las que sean de interés. Pero, ¿cómo? En base al
conocimiento existente de la Física de Partículas, gracias al Modelo Estándar se puede predecir los
diferentes tipos de colisiones que se van a producir en el LHC. La idea, en
principio, es entonces sencilla: comparar la predicción, gracias a
simulaciones, con la medida. Y, de una forma muy simplificada, diremos que se ha descubierto una partícula
cuando haya más medidas de las esperadas, de una forma estadísticamente
significativa.
Casi
todos los científicos creen que el Gran Colisionador de Hadrones o bien probará
o refutará la existencia del bosón de Higgs (“partícula de Dios”) de una vez
por todas. Aunque encontrar dicha partícula no nos dirá todo lo que necesitamos
saber acerca de cómo funciona el universo, llenará un enorme agujero en el
Modelo Estándar que ha existido durante más de 50 años. Según los expertos, “No
es el punto culminante, pero en términos de lo que podemos decir
prácticamente sobre el mundo y cómo es el mundo, realmente nos dice mucho”.
Esa bendita partícula
Todos los caminos de la ciencia conducen a los
griegos y este no es la excepción, cuentan que allá por el siglo V antes de
nuestra era, Leucipo y Demócrito sostuvieron, por primera vez, que la materia
estaba compuesta por átomos: en contra de la teoría de Aristóteles y
Parménides, que negaban la existencia del vacío entre los átomos. Ahora todos sabemos
que la materia está hecha de moléculas,
y las moléculas, de átomos. Estos, a su vez, se organizan como una nube de electrones.
El corazón central es un conglomerado de neutrones y protones cuya masa es
miles de veces mayor que la de los electrones. Hasta este punto los físicos saben
por qué el átomo es como es, pero se les resiste entender por qué las partículas elementales tienen las masas que tienen.
Hay muchas y con enormes diferencias entre ellas; la más pesada, el quark
top, es 350.000 veces más masiva que el electrón. Los físicos han desarrollado
un modelo teórico que describe las partículas elementales y las interacciones
entre ellas… pero exige que la masa de todas sea nula.
Cuestión
de peso
En 1964 el británico Peter Higgs propuso una
elegante solución a esta discrepancia. Supuso que todo el universo está ocupado
por un campo parecido al electromagnético. O sea en el espacio que nos rodea no
sólo hay materia. Si pudiéramos sacar de una sala hasta la última porción de polvo y la última molécula de aire, no
podríamos decir que allí no queda nada. La prueba palpable es que, si lanzamos
una pera, caerá al suelo; hay algo que la hace caer que llamamos “gravedad”.
En definitiva, una fuerza no es otra cosa que el efecto de un campo; y la
materia posee propiedades –como la masa y la carga– que la hacen sensible a los
diferentes campos. La propuesta de Higgs fue revolucionaria: existe un campo
que llena el espacio, y cuando las partículas interaccionan con él, adquieren
masa. Pero dicha idea choca
con la intuición. ¿No es la masa una propiedad intrínseca de la materia? Para
entenderlo imaginemos al universo como una fiesta.
Invitados relativamente desconocidos en la fiesta pueden pasar rápidamente a
través del salón, desapercibidos, pero los invitados más populares atraen a
grupos de personas (bosones de Higgs) que volverá más lento su desplazamiento a
través de la habitación. Ya estamos en
condiciones de responder a la pregunta sobre cómo demostrar la existencia del
campo de Higgs: encontrando su partícula portadora, el bosón de Higgs. Pero
¿dónde está el bosón? Esa es la cosa. Para pescarlo es necesario alcanzar
energías pavorosas que lo obliguen a salir de su escondite teórico y mostrarse
empíricamente... si es que en realidad existe; y si aparece, sí, tendremos un
panorama general de todos los ladrillos de la naturaleza, y como bonus track,
el bosón, o el campo de Higgs, explicarían por qué el resto de las partículas
tienen masa, según predice también la teoría.
Crónica de un hallazgo
La inauguración oficial de esta aventura científica
data del 1° de agosto de 2008 cuando fueron inyectados los primeros haces de partículas
en el gigantesco corredor de 27km. En tanto que el primer intento de hacerlos
circular por el colisionador se produjo el 10 de septiembre del 2008,
disparándose con éxitos los primeros protones. Un par de semanas después allá
por octubre del mismo año se tenía prevista la primera colisión, un hecho sin
duda cargado de ansiedad y expectativas para los científicos, pero se vio
suspendida la primera gran función de “la maquina” por un accidente que se
produjo. Desde ese día pasaron más de 12 meses cargados de espera y angustia,
hasta que por fin el 20 de noviembre de 2009 el LHC reanudo sus operaciones y
tres días después los cuatro detectores captaron las
primeras colisiones a 450 GeV (gigaelectrón volt, unidad de energía). Y a fin de
mes LHC rompe el récord en ser el acelerador de partículas
más potente del mundo, creando colisiones a 2.36 TeV (1.18 TeV por haz). Luego
de la euforia y la felicidad por haber logrado un hecho histórico en la física,
el gran experimento subio la apuesta y se apagó por el lapso de dos meses con
el fin de ponerse a punto para funcionar en un nivel más alto de energía. Tal
es así que el 30 de marzo de 2010 realizó exitosamente colisiones de partículas
a 7 TeV (3.5 TeV por haz). Se mantuvo así hasta finales de 2011. Y llegara
agosto de 2010 cuando se produjó un hecho que no hubieran imaginados ni los más
entusiastas e imaginativos escritores de ciencia ficción, a tal punto que los
más diversos diarios del mundo se vieron poblados con titulares de esta estirpe
“la máquina de Dios recreo el big bang”; si señores y señoras el inicio del
universo, de toda nuestra existencia había sido replicado, creado por manos y
mentes humanas por unos instantes. Pero ojo que este insaciable explorador de
los secretos del universo fue por más y el 4 de julio de 2012 en un análisis
preliminar de los datos registrados se anuncio la observación de una nueva
partícula compatible con el boson de higgs con una masa de unos 125 Gev. Esa partícula
tan deseada y tan esquiva había sido descubierta poniéndole un cierre con moño
y todo al modelo estándar, a lo grande sino de que otro modo podía ser para
esta gigantesca hazaña científica.
Conclusión
Hay
preguntas a las que ningún ser humano puede escapar, son aquellas que nos
constituyen como ser y como especie que habita el mundo, sin duda que una de
ellas es ¿de dónde venimos? El tema del origen ha atravesado todas las culturas
y todos los momentos históricos, tópico privilegiado en las más diversas
mitologías, creencias, leyendas urbanas, sistemas filosóficos y que también se
ha ganado su lugar de privilegio en el campo científico, sobre todo en el de la
física teórica. Esta es la razón principal por la que resulta de vital
importancia comprender, compartir y debatir esta gran empresa científica del
LHC, que más allá de sus espectaculares características científico-tecnológicas,
pone otra vez sobre el tapete nuestra condición humana, condición frágil,
incierta pero siempre capaz de ver en el naufragio una posibilidad de aventura.
Por que la búsqueda y el hallazgo del boson de higgs no solo le pertenecen a
los científicos sino a toda una historia de la humanidad que ha alimentado el
germen de la curiosidad, sin el cual esto hubiera sido del orden de lo
imposible. Pero por suerte para nosotros y para los que vendrán no todo el
problema está resuelto con el hallazgo de la “partícula divina” ya que su
aparición abre otras ventanas por las que nos asomamos a nuevas formas del
universo que enriquecerán nuestra presente visión. En estos paisajes aparecen
nuevos protagonistas como “universos con mas dimensiones”, “energía y materia
oscura” entre otros que se encargaran de reanimar la llama de la imaginación y
el deseo, elementos constitutivos de toda vocación científica. Por eso hoy vale
seguir haciéndose esa pregunta milenaria, es cierto nos hemos acercado un poco
más, quizá algún día la contestaremos, quizás nunca. Pero a quien le importa al
final las certezas si lo que nos mantiene vivos es esa “gran maquinaria”, ese
“gran descubrimiento”; la duda.
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