LA MÁQUINA DE DIOS, Gran Acelerador de Partículas. El Bosón de Higg

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ACELERADOR DE PARTÍCULAS: Los aceleradores de partículas son máquinas de grandes proporciones que aceleran partículas subatómicas a altísimas velocidades. Luego de movilizarse a gran velocidad las partículas abandonan la máquina para chocar contra el blanco. Dichas partículas o bien fragmentan los átomos del blanco, o bien resultan incorporadas por esos átomos, dando lugar a la formación de átomos más grandes.

Los aceleradores de partículas son las principales herramientas que los físicos nucleares usan para el estudio de la estructura del núcleo del átomo. Normalmente el núcleo contiene varios tipos de partículas, y muchas otras pueden producirse bombardeando los blancos con partículas aceleradas.

El estudio de las partículas elementales o partículas fundamentales, es decir de las partes más simples de la materia, se denomina física de la partículas o física de alta energía. Las partículas alcanzan una energía elevadísima cuando se las acelera en estos aparatos. Los físicos esperan alcanzar una comprensión integral de la naturaleza de la materia ,fisionando el núcleo de los átomos o creando de este modo núcleos nuevos. La mayoría de los aceleradores de partículas son enormes máquinas.

El conducto donde las partículas se aceleran puede ser recto o circular. El acelerador lineal de la Universidad de Stanford, en California, tiene un tubo central recto de 3,2 kilómetros (2 millas) de largo. En los laboratorios de la CERN (European Organization for Nuclear Research), en las afueras de Ginebra, Suiza, se proyecta un acelerador circular de 2,2 kilómetros de diámetro (1,4 millas). A su término quedará a horcajadas sobre el límite con Francia.

El poder de los aceleradores se mide en ELECTRON-VOLTIOS (eV) que es la cantidad de energía infundida a las partículas para acelerarías. Pero las grandes máquinas son tan poderosas que su energía se mide en GeV (gigaelectronvoltio). Un GeV es igual a 1000 millones de eV. Más tarde, se aumentará la potencia de la máquina del CERN y con el tiempo podrá alcanzar los 1000 GeV. Cada máquina puede consumir tanta electricidad como una ciudad entera!

El acelerador de partículas más poderoso jamás construido podría hacer algunos descubrimientos notables, como confirmar la existencia de la materia invisible o de las dimensiones espaciales adicionales, una vez que empiece a funcionar en agosto.

La "Máquina de Dios", como se ha dado en llamar al Gran Colisionador de Hadrones (LHC), tiene por también por finalidad la de desentrañar los enigmas del origen del Universo, es decir, cómo fue que se creó la materia y qué pasó con la antimateria en el momento del Big Bang. Considerado el experimento científico más ambicioso de la historia, el LHC intentará identificar con total certeza los ladrillos fundamentales con que se construyeron las estrellas, los planetas y hasta los seres humanos.

QUE ES UN ACELERADOR DE PARTÍCULAS? Estas enormes máquinas aceleran partículas cargadas (iones) mediante campos electromagnéticos en un tubo hueco en el que se ha hecho el vacío, y finalmente hacen colisionar cada ion con un blanco estacionario u otra partícula en movimiento. Los científicos analizan los resultados de las colisiones e intentan determinar las interacciones que rigen el mundo subatómico. (Generalmente, el punto de colisión está situado en una cámara de burbujas, un dispositivo que permite observar las trayectorias de partículas ionizantes como líneas de minúsculas burbujas en una cámara llena de líquido.)

Las trayectorias de las partículas aceleradas pueden ser rectas, espirales o circulares. Tanto el ciclotrón como el sincrotrón utilizan un campo magnético para controlar las trayectorias de las partículas. Aunque hacer colisionar las partículas unas contra otras puede parecer inicialmente un método un tanto extraño para estudiarlas, los aceleradores de partículas han permitido a los científicos aprender más sobre el mundo subatómico que ningún otro dispositivo.

El primer acelerador circular se llamó: ciclotrón. El físico estadounidense Ernest O. Lawrence fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1939 por el invento y desarrollo del ciclotrón, un dispositivo para acelerar partículas subatómicas. Lawrence desarrolló el ciclotrón, el primer acelerador circular. Es una especie de acelerador lineal arrollado en una espiral. En vez de tener muchos tubos, la máquina sólo tiene dos cámaras de vacío huecas, llamadas des, cuya forma es la de dos D mayúsculas opuestas entre sí.

Un campo magnético producido por un potente electroimán hace que las partículas se muevan en una trayectoria curva. Las partículas cargadas se aceleran cada vez que atraviesan el hueco entre las des. A medida que las partículas acumulan energía, se mueven en espiral hacia el borde externo del acelerador, por donde acaban saliendo.

 

Según la fórmula de Einstein E = mc² la masa es un tipo de energía. Esto significa que la energía puede transformarse en masa y viceversa. En los aceleradores de partículas ésto es utilizado para transformar energía cinética en masa, en una colisión de partículas. De este modo, nuevas partículas pueden ser creadas en las colisiones de partículas con altas velocidades relativas.  En la búsqueda de nuevas partículas pesadas es importante ser capaz de acelerar partículas a altas energías. A mayor energía de las partículas originales, partículas más pesadas pueden ser creadas en las colisiones de partículas.

HISTORIA:
PRIMEROS PASOS Y AVANCES CON LA APLICACIÓN DE ESTA MAQUINA...

Organización Europea para la Investigación Nuclear, institución europea de investigación cuya sede se encuentra en la ciudad suiza de Meyrin (situada en las proximidades de Ginebra, en la frontera entre Francia y Suiza). Es más conocida por las siglas CERN, correspondientes al nombre con que fue fundada en 1954: Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (Consejo Europeo para la Investigación Nuclear).

En el CERN se han construido aceleradores desde los 1950. Hoy existe un gran sistema de aceleradores lineales y circulares. Algunos de los aceleradores más antiguos se usan aún para iniciar la aceleración de partículas antes de ser enviadas a los aceleradores más largos. El sistema de aceleradores del CERN puede acelerar electrones, positrones, protones y diferentes tipos de iones.

Vista Area del CERN

El 14 de julio de 1989, aniversario de la toma de la Bastilla toda Francia celebró el bicentenario del comienzo de la Revolución. A las 16.30 del mismo día, los físicos del CERN, centro internacional de investigación sobre física de las partículas situado en Ginebra, celebraban la entrada en funcionamiento del LEE (Large Electron Positron Collider), la mayor máquina científica construida hasta entonces.

Alojado en un túnel circular de unos 27km de diámetro (casi todo bajo territorio francés), el LEE es un acelerador que provoca colisiones de partículas a muy alta velocidad, para conseguir elevadísimas energías. Es capaz de crear las condiciones que reinaban una fracción de segundo después de la gran explosión que supuestamente dio origen al universo, así como de provocar la formación de partículas y determinar efectos que no se han producido desde entonces.

En especial, los físicos esperaban crear partículas Z, cuya existencia había sido predicha en los años 60, en el marco de la teoría que unifica el electromagnetismo con la fuerza nuclear débil. Las partículas Z, portadoras de esta fuerza débil, se observaron por primera vez a mediados de agosto de aquel año y la evaluación de los primeros resultados estaba lista para fines de octubre.

El LEE fue la culminación de casi diez años de planificación y construcción, a un coste situado en torno a los 80.000 millones de pesetas. En el momento en que el LEE entraba en funcionamiento, Estados Unidos proyectaba construir en Texas una máquina todavía más gigantesca, el Superconducting Supercollider (SSC), con una circunferencia de 84 Km. y un coste estimado de más de 100.000 millones de pesetas. Sin embargo, si llegara a hacerse realidad, este proyecto podría constituir fácilmente el fin del recorrido en este sentido, ya que los físicos están dirigiendo actualmente su atención a nuevas tecnicas con máquinas lineales en lugar de circulares.

El CERN, fundado en 1953, fue desde el comienzo una empresa cooperativa con la participación de 14 países europeos. Físicos de otros paises, entre ellos la Union Soviética, Japón y Estados Unidos, han participado posteriormente en sus programas de investigación. Fue uno de los indicios de un nuevo movimiento paneuropeo, reflejado también en las esferas económica y política. Europa no carecía de talentos científicos, como lo demuestra el éxito continuado en la obtención del premio Nobel, pero en muchos campos los países individuales no podían en modo alguno competir con Estados Unidos.

No era sólo un problema financiero sino de disponibilidad de personal científico cualificado. Ante la falta de oportunidades en sus países, los científicos europeos. Y En el Fermillab, (imagen abajo) en Illinois (EE UU), una carretera marca los 6km de circunferencia del anillo subterráneo del acelerador de partículas del laboratorio. En 1913, el Fermllab perfeccionó sus instalaciones Instalando Imanes superconductores yen 1990 producía todavía los rayes de protones mas energéticos del mundo.

cedían a la atracción de Estados Unidos, que les ofrecía mayores salarios y mejores instalaciones. Esta tendencia era particularmente notable en el campo de las ciencias físicas, el ámbito de los proyectos de la "gran ciencia",. La cooperación científica en Europa adquirió un nuevo impulso en 1973 con el ingreso de Gran Bretaña, Irlanda y Dinamarca en la Comunidad Económica Europea. Entre las nuevas iniciativas figuraban la Agencia Espacial Europea (fundada en 1975) y el centro multidisciplinario de investigación de la CE (15-FRA), con sede en Italia.

Pero en la ciencia, como en otras actividades humanas, las tendencias y las necesidades cambian, y las estrategias deben modificarse en consecuencia. En Gran Bretaña, por ejemplo, el gran laboratorio de investigación sobre energía atómica de Harwell (motivo de orgullo nacional durante la euforia de la posguerra e importante factor de negociación en el intercambio de información con Estados Unidos) tuvo que ser reorganizado y, en cierto modo, ganarse el sustento mediante contratos con la industria.

Por el contrario, el proyecto experimental IET (Ioint European Toros), destinado a producir energía mediante la fusión de núcleos ligeros, como en el interior del Sol, comenzó a funcionar en 1983, en la cercana localidad de Culham. Pero incluso este proyecto fue perdiendo el favor de la opinión pública cuando los movimientos ecologistas (opuestos a toda forma de energía nuclear) ganaron fuerza e influencia, sobre todo teniendo en cuenta que los resultados del programa se podrían medir más en décadas que en años.

El primer gran acontecimiento científico de los años 90 fue la puesta en órbita del telescopio espacial Hubble, en abril de 1990, después de veinte años de planificación. Pero su supuesta capacidad de «ver el universo con una profundidad diez veces mayor que la empleada anteriormente» no impresionó a quienes se oponían a una inversión de 1.300 millones de dólares para un proyecto de investigación pura, entre los que se encontraban muchos científicos con presupuestos escasos. Al mismo tiempo, comenzó la reevaluación del programa del Supercollider.

Si bien la exploración de las partículas más recónditas del átomo y de las regiones más remotas del universo ha seguido cautivando la imaginación popular, también ha sido intensa la actividad en otros campos de las ciencias físicas. De hecho, el progreso en estos dos campos habría sido imposible sin los avances logrados en muchos otros terrenos. Incluso las disciplinas clásicas de la física han demostrado ser capaces de proporcionar nuevas sorpresas.

En el campo del magnetismo, conocido desde la antigüedad, el descubrimiento de imanes líquidos ha abierto nuevas perspectivas. Estos imanes consisten en diminutas partículas de materiales magnéticos como, por ejemplo, ciertos óxidos de hierro, dispersos en un líquido como en los coloides corrientes, las partículas no se separan del líquido. Cada una actúa como un pequeño imán permanente y puede también conferir notables propiedades al líquido, denominado normalmente ferro fluido.

EL LHC: El acelerador LEP estuvo operativo entre 1989 y 1195. Entonces fue desmantelado para dar espacio para un nuevo acelerador en el mismo túnel. El nombre del nuevo acelerador es Gran Colisionador Hadrónico, LHC. LHC, al contrario de LEP, colisionará haces consistentes en protones. Las colisiones, mucho más energéticas,14 TeV, serán posibles reemplazando los electrones y positrones de LEP por protones.

DATOS DEL "GRAN COLISIONADOR DE HADRONES"  
Inicio de la construcción 1994
Construido por: CERN
Ubicación: Frontera Suiza-Francesa
Costo 6200 millones de euros
Científicos Comprometidos 10.000 científicos de 500 Universidades
Científicos Argentinos Ocho
Países Que Intervienen Cuarenta
Dimensiones 27 Km. de Diámetro
Profundidad Entre 50 y 125 metros
Temperatura de Trabajo 272 Bajo Cero °C
Aceleración Conseguida 99,9999999 de la Velocidad de la luz
Campo Magnético Logrado 100.000 veces el de la Tierra
                   Grupo de Científicos Argentinos

OBJETIVOS DEL EXPERIMENTO:

  • Descubrir qué es realmente la masa.

  • Descubrir qué es la materia oscura (que ocupa más del 95% de la masa del Universo)

  • Descubrir cuántas son las partículas totales del átomo.

  • Descubrir la existencia o no de las partículas supersimétricas

  • Descubrir por qué no hay más antimateria.

  • Descubrir cómo era la materia durante los primeros segundos que siguieron al Big Bang.

EL BOSON DE HIGG: A una velocidad muy cercana a la de la luz, dos conjuntos de protones circulan en sentido inverso: cuando chocan, se generan, brevemente, partículas enormes. La última que así se descubrió, en el Fermi, en 1995, llamada quark top, tiene 174 veces la masa de un protón. Esas partículas, que ya no existen en la Tierra, existieron en el Universo, en las milésimas de segundo posteriores al Big Bang; las altísimas energías de aquellos instantes son reproducidas por el Colisionador. Así, investigar estas partículas fugaces equivale a investigar los primeros instantes del Universo.

Pero el propósito no es tanto saber qué pasó entonces, sino saber qué pasa ahora: poner a prueba las teorías básicas de la física. Entre aquellas partículas, interesa especialmente una, llamada bosón de Higgs, que tendría entre 130 y 200 veces la masa de un protón: su existencia es requerida por el “modelo estándar”, que, de las cuatro fuerzas consideradas fundamentales en la naturaleza –el electromagnetismo, la gravedad y, en el interior de los átomos, las fuerzas “fuerte” y “débil”–, explica todas menos la gravedad. (ampliar sobre el tema)

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