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El sitio más caliente y frío del Universo

POR CARLOS PAJARES* El 21 de octubre de este año se inaugurará oficialmente en el Centro Europeo de Partículas Elementales (CERN) de Ginebra el acelerador de partículas que conseguirá unas energías jamás alcanzadas anteriormente.

Publicado: Lunes, 17/3/2008 - 10:51  | 5091 visitas.

Colisionador de Hadrones (LHC)
Colisionador de Hadrones (LHC)
Imagen: CERN
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Se trata del llamado gran colisionador de hadrones (LHC, large hadron collider). El presupuesto total es de 6.000 millones de euros, contribuyendo, además de los veinte países europeos miembros del CERN -entre los que se encuentra España-, otros países como China, Rusia, India, Japón y Estados Unidos, que no quisieron quedarse fuera de esta importante empresa científica.

El acelerador va en un túnel excavado a cien metros de profundidad a lo largo de una circunferencia de 27 km de perímetro, consistiendo en una serie de imanes y cavidades superconductoras que, además de acelerar las partículas, las mantiene en sus órbitas circulares a lo largo de la mencionada circunferencia.

Las partículas que se acelerarán serán protones y también núcleos atómicos como el plomo. Las partículas son inyectadas desde otro acelerador más pequeño, de tal manera que puedan circular en el acelerador dos haces de partículas en sentidos opuestos. En cuatro puntos se hacen colisionar los dos haces, colocando alrededor de estos cuatro puntos los diversos instrumentos que permiten estudiar lo que sucede en la colisión, detectando e identificando la clase de partícula, energía y número de partículas producidas en la colisión.

El conjunto de la instrumentación de los cuatro puntos constituyen los cuatro grandes detectores: Atlas, CMS, LHCb y AliceLICE. El aspecto de estos detectores es muy espectacular, ocupando un volumen similar a un edificio de ocho pisos. El conjunto constituye una obra de ingeniería de primer orden y asombra a cualquier visitante.

En cada detector colaboran muchos científicos y técnicos pertenecientes a muchas instituciones. Por ejemplo, en Alice participan más de 1.100 científicos de más de cien universidades e institutos de investigación. En el proceso de aceleración se necesitan superconductores y por tanto bajas temperaturas, alcanzando temperaturas muy próximas al cero absoluto.

Por otra parte, como consecuencia de las colisiones se obtienen unas temperaturas enormes muy superiores a las que se dan en el interior del sol y otras estrellas y similares a las que se dieron en los primeros instantes del Universo, alrededor de una cienmilésima de segundo desde el Big Bang. Así, en el LHC estará el sitio más caliente y el más frío del Universo actual.

El futuro: LHC

Un haz de partículas tiene una intensidad de varios billones de partículas por centímetro cuadrado por segundo que chocan contra otro haz de condiciones similares, produciendo en cada colisión muchas partículas. Los

detectores deben ser capaces de separar cada colisión individual, detectando las partículas que se producen en cada una. Esto implica la creación de unas tecnologías sofisticadas para la construcción de la instrumentación necesaria y el desarrollo de tecnologías de la información capaces de procesar y almacenar toda la información que se obtendrá. Por eso se ha creado una red mundial en varias instituciones, cooperando con el CERN para el desarrollo de la tecnología GRID, en la que trabajan coherentemente multitud de ordenadores.

El CERN siempre fue pionero en TIC. Por ejemplo, la web de Internet se creó allí. Otras tecnologías como las de ultravacío, soldaduras de precisión, fotónica, ensamblajes mecánicos, microchips, nanotecnología, criogenia, microcalorimetría, electrónica ultrarrápida, metrología y aplicaciones médicas y biológicas se desarrollan creando nuevos nichos de aplicabilidad.

La Física de Partículas genera muchas aplicaciones, incluyendo las de Medicina. Instrumentación hoy en día usuales en hospitales como TAC, PET, gammagrafía tienen su origen en los detectores y aceleradores de partículas.

Investigar lo más pequeño

¿Por qué es necesario acelerar las partículas a tan altas energías? El objetivo es investigar lo más pequeño de la materia para conocer a partir de los constituyentes últimos de ésta cómo se van formando primero las partículas y luego el resto de la materia. De la misma manera que para explorar el cuerpo humano usamos los Rayos X, que no son más que fotones, las partículas de la luz, cuya longitud de onda es menor que las partes del cuerpo que queremos ver, para explorar el interior de las partículas elementales necesitamos iluminar con algo cuya longitud de onda asociada sea más pequeña.

De acuerdo con la Mecánica Cuántica, la longitud de onda asociada a una partícula es más pequeña cuanto más grande sea la energía. Por tanto, para estudiar el interior de las partículas no tenemos más remedio que acelerar partículas a muy alta energía y lanzarlas como sonda contra las partículas que queremos estudiar su interior. Al fin y al cabo no hacemos más que una radiografía de las partículas elementales.

Uno de los grandes detectores Alice tiene como objetivo reproducir y estudiar los primeros instantes del Universo. En efecto, alrededor de una cienmillonésima de segundo después de la gran explosión, Big Bang, origen del Universo, éste estaba formado por una especie de sopa muy caliente de los últimos constituyentes de la materia: los quarks y gluones. A medida que el Universo se expande, se enfría y empiezan a condensarse los constituyentes formándose primero las partículas, después los núcleos atómicos, luego los átomos y, posteriormente, el resto de las estructuras de la materia.

Artículo completo en El Correo Gallego (España)

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