El Gran Colisionador de Hadrones (LHC)

El gran colisionador de hadrones o Largue Hadron Collider una verdadera máquina del tiempo sin serla propiamente tal, es un acelerador y colisionador de protones (fundamentalmente de sus componentes llamados quarks), construido en la frontera de Francia y Suiza en un túnel de 26,659 kilómetros de diámetro, entre 50 y 175 metros bajo tierra en el CERN (Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire), cerca de Ginebra.

Creado entre otros objetivos para estudiar  los primeros instantes del Universo producido por el BIG BANG; también lo que se conoce como escurridizo Bosón de Higgs (del Físico Británico Peter Higgs) o “Partícula de Dios” que según Stephen Hawking no existe; descubrir que es la materia oscura y la confirmación de una supersimetría entre las partículas, entre los objetivos más importantes.

 Es una maquina absolutamente necesaria para producir experimentos en el campo de la Física, que otros aceleradores menos desarrollados como el Tevatrón estadounidense ya no pueden recrear por el alto nivel de energía que se necesita ya sea, para confirmar los postulados del Modelo Estándar de la Física y su marco teórico como enriquecer la ciencia con nuevas teorías.

Hadron, viene del griego hadros que significa denso. Se define como una partícula subatómica que experimenta la interacción nuclear fuerte. Están compuestos por quarks unidos por gluones. Puede ser una partícula elemental o compuesta. Los neutrones y protones son ejemplos de hadrones.

Esta partícula de Dios, sería la responsable de proporcionar la masa de las partículas elementales como los Fermiones y los Bosones así como confirmar las predicciones del Modelo Estándar de la Física. Además otro objetivo, es la demostración de la partícula llamada Gravitón responsable de la fuerza de gravedad, demostrada por Isaac Newton, al preguntarse porque caía una manzana al suelo.

Participaron más de 2.000 científicos de 34 naciones y cientos de universidades y laboratorios,  en la creación científica del LHC, desde el inicio de su construcción en 1995, en lo que se considera el proyecto científico más complejo que se ha hecho nunca, con un costo superior a los  9.000 millones de dólares.

La calidad de “máquina del tiempo” se logra al emprender el regreso a las condiciones imperantes, en la primera billonésima de décima de  segundo tras el Big Bang, que regían el universo hace 13.7 mil millones de años en su fase inicial, con una temperatura ambiental muy superior (10 elevado a 16° kelvin; 10 mil billones °K) a la fase actual de enfriamiento y expansión del universo. Condiciones donde la Física del momento era muy diferente. Esto se logra mediante estas máquinas llamadas aceleradores de partículas, permitiendo que estas  choquen violentamente recreando por breve periodo, las condiciones que había en la fase inicial de nuestro Universo.

El acelerador permite ver los choques de hadrones, partículas que se comportan novedosamente por interacciones nucleares fuertes. Estos hadrones pueden ser protones ligeros o pesados iones de plomo. Los choques de los primeros permiten viajar en el tiempo y ver las condiciones imperantes hasta los primeros inicios de nuestro universo: cuando este apenas tenía la billonésima parte de una décima de segundo y aún era compacto y de una temperatura 666,6 millones de grados Kelvin superior al centro de nuestro Sol actual (15 millones °K), donde los quarks apenas comenzaban a formarse y había una fuerza primaria, no las cuatro actuales.

En cambio, las colisiones entre iones de plomo, nos recrean las condiciones imperantes en el Universo cuando tenía una millonésima parte de segundo y ya se había expandido y enfriado, pero con una temperatura tan alta que los gluones no podían capturar a los quarks que pasaban alrededor.

El funcionamiento básico de esta máquina, es hacer colisionar en un ambiente de -271,3°C bajo cero (1,9° Kelvin: más frío que el espacio interplanetario con 2,7° Kelvin), dos haces de protones a velocidades de 99,99% de la velocidad de la luz, que se mantienen girando y chocando durante aproximadamente 10 horas, que se aceleran en dos tubos circulares de 26,659 Km de diámetro, anillos que se cruzan en cuatro puntos donde se encuentran los detectores, haciendo visible y captando el nivel atómico donde se hacen chocar los haces, con una energía de 7 teraelectronvoltios (TeV), la mayor energía jamás alcanzada en un acelerador de partículas, que fueron confirmados por los seis detectores de la máquina en los seis proyectos en estudio (CMS, ATLAS, ALICE, LHCb, LHCf, TOTEM al que se agrega recientemente Moedal), repitiendo posteriormente este proceso.

Este proceso que culminó con la primera partícula de antimateria (creada ya anteriormente muchas veces) creada por el LHC y la confirmación de la ecuación de Einstein sobre la formación de energía ocurrió el 30 de marzo del 2010  como resultado, de la circulación de dos haces de mil millones de protones en sentido contrario, con una energía de 3.5 Tev cada uno, que en el momento de chocar generaron el doble  de energía con 7 TeV (7 trillones de voltios).

Pero también destaca que  gracias al LHC la antimateria creada de 38 átomos de antihidrógeno, el más simple de todos los átomos de antimateria pudo también ser confinada o almacenada, proceso que antes no era posible, gracias que fueron enfriados sus átomos hasta -272°C, de modo de dejarlos muy lentos en su movimiento y poder almacenarlos en un dispositivo magnético.

 Además que el experimento CMS detectó el primer Bosón Z, en colisiones de iones de plomo, nunca antes visto en colisiones de iones pesados.    

Antes de esta fecha, el LHC tuvo una interrupción de 18 meses después de haberse cerrado el acelerador, por un escape de Helio ocurrido en septiembre del 2008. Se espera que funcione a medio rendimiento durante dos años, para exigirlo al máximo de su capacidad que será de 14 TeV, aunque en este lapso se espera superar el conocimiento adquirido en la Física de partículas en los últimos 10 años.

Se necesitan 600 millones de colisiones por segundo en los cuatro puntos de cruce donde se encuentran los detectores, para observar sucesos novedosos o raros. En la detección del Bosón de Higgs son necesarios desde 1.000 millones de colisiones hasta 10 elevado a 14 colisiones, inyectándose inicialmente 10 mil millones de protones en un sentido y luego en sentido opuesto otra cantidad similar (Claudio Dib, Red Universitaria Cruz del Sur;”Profesor de la Universidad Santa María participa en el experimento del Big Bang”).  

El haz de partículas en órbita del LHC, son procesadas mediante aproximadamente 2.000 fuertes imanes (la máquina contiene en total 9.300 imanes) superconductores que se agrupan en paquetes de partículas organizadas en cadenas de protones o iones de plomo cargados eléctricamente, que circulan sobre órbitas circulares opuestas.

 -Otro de los objetivos del proyecto es: saber que es realmente el significado de la masa, que ya se sabe cómo medirla.

-La masa de las partículas y su origen, en particular verificar la existencia del Bosón de Higgs, paso importante para lograr una Teoría de la Unificación que relaciona tres de las cuatro fuerzas fundamentales conocidas (gravitatoria: portadora de la fuerza, gravitón; electromagnética: portadora de la fuerza, fotones (Bosón); nuclear fuerte: portadora de la fuerza,  8 gluones (Bosón) y nuclear débil: portadora de la fuerza, partículas W+,W-, y Zo (boson)), dejando fuera la gravedad, que es la más débil de todas; ya mencionado.

-El origen de la masa de los bariones.

-Número de partículas totales del átomo, que hoy se conocen 12.

-Si interactúan las partículas con un Campo de Higgs.

-Se espera saber que es la materia oscura que compone cerca de la cuarta parte del Universo (estaría compuesto de: materia oscura 23%; energía oscura 72% y  4,6% de materia ordinaria), que se supone estaría compuesta de partículas supersimétricas, que tienen masa y que interactúan débilmente; ya mencionado.

-La existencia de las partículas supersimétricas; ya mencionado.

-Si hay dimensiones extras como las planteadas por la hipótesis de la Teoría de Cuerdas y porqué no se han podido percibir, esta teoría requeriría de diez u once dimensiones para integrar la gravedad en los campos vibratorios cuánticos (Sociedad Max Planck, dpto. de Información y Relaciones Públicas, Munchen, Tech Max Numero 12, Curiosos por las Ciencias).

-Si hay más violaciones de simetría entre la materia y la antimateria.

-Si hay más de tres dimensiones espaciales.

Otros objetivos del LHC menos relacionadas con la Física de partículas, son la mejora de nuevos materiales, computación y redes (su sistema computacional sería la madre de la World Wide Web; www), radioterapia, MP3, pantallas de plasma y otras innovaciones tecnológicas que aún no se patentan.

Los experimentos que se aplican con el LHC son siete (el 7° agregado recientemente) y son colaboraciones internacionales de científicos de todo el mundo y se caracteriza por su detector de partículas:

- ATLAS (A Toroidal LHC Apparatus) y CMS son experimentos con grandes detectores de partículas de propósito general, entre ellos la búsqueda del Bosón de Higgs que nunca ha sido observada. En el primer caso (ATLAS) es el detector mayor jamás construido, tiene un peso total de 7.000 toneladas, con 46 metros de longitud; 25 por 25 metros de alto y de ancho, se asemeja a un edificio de 5 pisos. Al año 2006 han trabajado más de 1700 científicos de 37 países.

 El CMS (Compact Muon Solenoide) es un detector de 12.500 toneladas, más pesado que la Torre Eiffel, con una altura de 15 metros por 15 metros de ancho y una longitud de 21 metros. Han colaborado más de 2.000 científicos de 37 países.

- LHCb (Large Hadron Collider Beauty) y ALICE (A Large Ion Collider Experiment) son experimentos de dimensión mediana equipados con detectores especializados para analizar fenómenos específicos.

LHCb investigará porque  no hay presencia de antimateria. El LCH recreará las condiciones justo después del Big Bang, estudiando las partículas llamadas belleza Quark” o “quark b”. El detector mide 10 metros de alto por 13 metros de ancho y un peso de 5.600 toneladas; con una longitud de 21 metros. Han colaborado 650 científicos de 13 países.

ALICE recreará las condiciones similares que había antes del Big Bang colisionando iones de plomo, que generaran temperaturas 100.000 veces superior a las del centro del Sol,  analizando el plasma de quarks y gluones, materia que habría existido justo después de la creación del Universo. El detector tiene 26 metros de longitud; 16 por 16 metros de altura y ancho, con peso de 10.000 toneladas. Han trabajado al año 2006 más de 1.000 científicos de al menos 28 países.    

-TOTEM (TOTal Elastic and diffractive cross section Measurement) y LHCf (Large Hadron Collider forward) son más pequeños, estudiarán los hadrones que escapan por poco a una colisión frontal o se rozan, llamadas partículas de ángulo pequeño.

TOTEM medirá las dimensiones de los protones y evaluará la luminosidad del LHC junto con las partículas de ángulo muy pequeño. Cuenta con sólo 50 científicos de 10 institutos y 8 países. El detector tiene una extensión de 440 metros de longitud con una altura y anchura de 5 por 5 metros y un peso de solo 20 toneladas.

LHCf, el experimento utilizará las partículas de ángulo pequeño creadas en el interior del LHC para simular rayos cósmicos en condiciones de laboratorio. Tiene solo 22 científicos trabajando que representan a 10 instituciones de 4 países. Tiene 2 detectores muy pequeños de 30 cm de longitud, de 10 cm de anchura y 80 cm de altura. Pesan  40 kg cada uno.

Aunque los detectores que ocupan las 4 enormes cavernas del anillo del LCH son ATLAS, CMS, ALICE y LHCb, los detectores del experimento TOTEM están localizados cerca del CMS y los del experimento LCHf están cerca del detector ATLAS. 

A estos se suman un nuevo experimento llamado Moedal.    

La colaboración científica Chilena en LHC está representada por un equipo, personalizada en el Físico de la Universidad Austral de Chile Dr. Alfonso Zerwekh,  que participa en el experimento ATLAS desde el año 2003 a 2004 y  Claudio Dib académico del departamento de Física de la Universidad Santa María que tuvo participación activa en la prueba del LHC del 30 de marzo del 2010.

Sin embargo también este aparato tiene algunos detractores como en algunos oráculos donde se mencionan como signos del fin de la civilización: Las profecías de Nostradamus y Figuras de origen Maya.

También algunos científicos que señalan el peligro por la creación de inconmensurables Hoyos Negros que podrían arrastrar al Planeta, que no representarían algo concreto, cuando los supuestos Hoyos Negros que se creen tendrían dimensiones atómicas que no representarían peligro alguno; la creación de materia exótica supermasiva; la creación de monopolios magnéticos que catalice el decaimiento del protón y la activación de la transición a un estado de vacío cuántico, tesis respaldadas por Walter Wagner y Luis Sancho. En todo caso CERN, se respalda en que no hay bases matemáticas para que se produzcan estos acontecimientos.

Sin embargo creo necesario superar todas las normas de prevención que evite ocasionar accidentes menores, como el recalentamiento de uno de los imanes superconductores en diciembre del 2008,  por una fuga de Helio líquido que lo refrigeraba (que produjo su inactivación, hasta el 30 de noviembre del 2009 que se reactivó) y otros accidentes que pudiesen producirse, por el rodaje y conocimiento necesario que debe tener el manejo de toda nueva máquina; esto podría configurar una cadena de accidentes de dimensiones mayores, aunque el progreso de la Física de partículas será notable como nunca, en unos pocos años.

Atentamente:

Para Nuevopolítico Blog

Escrito por Nelson Castro Q.

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