Big bang, hadrones, colisiones de partículas, agujeros negros... O peor aún, un enjambre de siglas: LHC, CERN, TeV, GRID... Si está harto de oír hablar de la «máquina de Dios» y todavía se pierde, aquí va un modesto intento por resolverle todas sus dudas. No es fácil, lo reconocemos, pero estas diez claves le darán algunas pistas
1. ¿Qué es el LHC?
Es un colisionador de partículas subatómicas construido en Ginebra (Suiza) por el Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERN) y financiado por 70 países. Se trata de
la mayor máquina jamás hecha por el hombre. Ha costado 7.000 millones de euros y, básicamente, consta de un anillo subterráneo principal de 27 kilómetros de circunferencia, cuatro aceleradores secundarios y cuatro sensores o experimentos.
2. ¿Para qué sirve?
Los científicos esperan corroborar el Modelo Estándar –un compendio de teorías sobre las partículas y fuerzas fundamentales– y
dar respuesta a las grandes incógnitas de la Física, entre ellas, qué partícula da masa a la materia (el teórico bosón de Higgs), cómo es la materia oscura o dónde está la antimateria. También ayudará a elaborar una teoría de las fuerzas gravitatorias y a resolver el problema de la supersimetría, una hipótesis sobre la existencia de grandes partículas-espejo que conforman la materia oscura y ocupan un 23% del Universo. Otro 73% está ocupado por la energía oscura y sólo un 4% es visible.
3. ¿Con qué partículas trabaja?
Un hadrón es una partícula formada por quarks, los bloques fundamentales de la materia más pequeños descubiertos. El LHC funciona con dos tipos de hadrones: protones de hidrógeno –átomos del elemento al que se le han extraído los electrones– e iones –átomos cargados con electrones extra– de plomo.
4. ¿Cómo funciona?
En el caso de los protones, se producen en la máquina Linac2 y se inyectan en el acelerador PS a una energía de 50 millones de electrón-Voltios (eV). El PS los acelera hasta 1.400 millones de eV y los transfiere al Sincrotrón Súper Protón (similar al Sincrotrón recientemente inaugurado en Barcelona), donde adquieren una energía de 450.000 millones de eV. De ahí pasan ya a cada uno de los dos anillos del LHC, cada uno en una dirección opuesta. Cada anillo tarda en llenarse cuatro minutos y 20 segundos. Los dos haces de protones se aceleran durante 20 minutos hasta alcanzar 3,5 billones de eV cada uno.
5. ¿Cómo se consiguen acelerar?
Las partículas ya viajan al 99,9997828% de la velocidad de la luz en el momento en que son inyectadas. A máxima potencia,
su velocidad “sólo” ha aumentado hasta el 99,9999991%. Sin embargo, su energía se habrá multiplicado casi ocho veces, desde los 450.000 millones de eV o 450 GeV, hasta los 3,5 billones de eV o 3,5 TeV. Para ello se utilizan 9.600 enormes imanes superconductores, que además mantienen el haz en su trayectoria circular.
6. ¿Con qué se puede comparar la energía de la colisión?
Un mosquito volando produce una energía cinética de alrededor de 1 TeV. Lo que hace tan extraordinario el LHC es que
es capaz de concentrar esa energía en el espacio de una billonésima parte del tamaño de un mosquito.
7. ¿En qué condiciones se producen los choques?
En el momento del choque,
se generan temperaturas de más de 100.000 veces las del centro del Sol, que arde a 15 millones de grados. El helio superfluido que rodea a los anillos mantiene la atmósfera de vacío interior a -271,3 grados, menos de dos grados por encima del cero absoluto. Cada haz de protones está formado por 3.000 racimos de 100.000 millones de partículas cada uno. En cada intersección se produce una colisión por cada 1.000 millones de protones. Los racimos se cruzan 30 millones de veces por segundo, de forma que se producen 600 millones de colisiones por segundo. Los haces giran a más de 11.000 revoluciones por segundo durante 10 horas seguidas, luego se recambia.
8. ¿Dónde se producen las colisiones?
Los dos anillos del LHC se cruzan en cuatro intersecciones, en cada una de las cuales se sitúan los sensores o experimentos principales de la instalación. El Atlas (A Toroidal LHC Apparatus) es el principal. Se trata del mayor detector nunca construido y su propósito es múltiple, desde la detección del bosón de Higgs hasta la supersimetría y las dimensiones ocultas. Alice (A Large Ion Collider Experiment) medirá las colisiones de iones de plomo. Tratará de definir el plasma quark-gluón,
un estado de la materia en el que ambas partículas elementales no están confinadas en ningún hadrón, tal y como debió suceder en el Big Bang, antes de que protones y neutrones se crearan y se unieran formando átomos. El CMS (Compact Muon Solenoid) tiene fines parecidos al del Atlas, pero con un diseño diferente que genera un campo magnético de 4T, 100.000 más potente que el de la propia Tierra. Por último, el LHCb (LHC-beauty) LHCb se centra en el estudio de la ligera asimetría que se da entre la materia y la antimateria en las interacciones de partículas que contienen el quark B.
9. ¿Qué se hace con los datos recopilados?
Una red supercomputacional denominada GRID se encargará de procesar y publicar los datos entre cientos de universidades y laboratorios repartidos por el mundo. La información generada durante los dos años que se prevé esté operativo el LHC llenarían 400.000 discos DVD.
Los primeros resultados se esperan para después del verano, aunque se tardará años en analizar todos los datos proporcionados por los cuatro experimentos.
10. ¿Cuál es la participación española?
Unos 400 científicos españoles participan en el LHC, coordinados por el Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN), proyecto Consolider 2010 gestionado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) que reúne a 26 grupos de investigación.
España es el quinto país que más contribuye al proyecto. El Instituto de Física Corpuscular (IFIC) de la Universidad de Valencia participa en el Atlas, y el Instituto de Física de la Universidad de Cantabria (IFCA), en el CMS.
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