Vuelve el Gran Colisionador. ¿Qué partículas encontraremos ahora?


boson

El Gran Colisionador de Hadrones ha vuelto a funcionar. Tras dos años de renovaciones, los protones ya giran alrededor del gigantesco anillo subterráneo de 27 kilómetros.

Allí descubrimos el bosón de Higgs. Esta vez va a ser aún más interesante. El primer objetivo era encontrar el Higgs: estábamos casi seguros que debía estar ahí y felizmente apareció. Ahora no estamos demasiado seguros de qué será lo que encontraremos!

Bueno, pero ¿tenemos alguna idea de las partículas que podrían aparecer?

Sí, tenemos algunas hipótesis, pero antes de responder a esta pregunta, permitidme un pequeño recordatorio de cómo funciona el acelerador y qué ha cambiado desde la última vez.

¿Cómo funciona el Gran Colisionador de Hadrones?

El funcionamiento básico del LHC es muy sencillo:

1) Los protones dan vueltas por el túnel circular de 27 km. Algunos protones van en un sentido y el resto en el sentido contrario.

2) Aceleras los protones hasta casi la velocidad de la luz [hasta el 99,9999991% de la velocidad de la luz]

3) Los protones, que viajan en direcciones opuestas, chocan, se desintegran y crean nuevas partículas. [Dicho en palabras de Albert Einstein, la energía de la colisión se convierte en masa de nuevas partículas porque E=mc2].

4) En los lugares del anillo donde se chocan los protones colocas detectores para intentar “ver” las nuevas partículas que se han formado. [En el Colisionador hay 4 detectores que se llaman ATLAS, CMS, LHCb y ALICE].

Vale, ¿y qué ha cambiado en el Colisionador desde que descubrimos el bosón de Higgs?

Las renovaciones de los últimos dos años han servido para aumentar la energía a la que chocan los protones.

Para acelerar los protones hasta casi la velocidad de la luz necesitas un campo magnético tremendo. Cuanto más fuerte sea el campo magnético, más rápido circularán los protones y más energía habrá en los choques.

Para que os hagáis una idea de la dificultad técnica: el Colisionador es uno de los lugares más fríos de nuestra Galaxia. Los electroimanes necesitan ser enfriados a -271 C, una temperatura aún más baja que la del espacio interestelar.

Con las mejoras que se han hecho, el campo magnético creado dentro del acelerador es más potente: los protones chocarán con más fuerza.

OK, ya entiendo más o menos cómo funciona el acelerador. Pero entonces, ¿tenemos alguna idea de qué nuevas partículas podríamos encontrar?

Bueno, tenemos algunas hipótesis. Algunas se remontan a los años 70, pero no estamos seguros de que sean correctas.

1) Partículas supersimétricas

Hasta ahora, nuestro conocimiento sobre las partículas fundamentales que componen la materia está encapsulada en una teoría llamada “el Modelo Estándar”.

El Modelo Estándar es una teoría que funciona muy bien, pero contiene algunas “fisuras” con los que los físicos no estamos demasiado a gusto. [Por ejemplo la masa concreta del bosón de Higgs o la conexión entre fermiones y bosones].

Para solucionar estos problemas, los físicos teóricos desarrollaron desde los años 70 una teoría que se conoce como “Supersimetría”.

La Supersimetría predice que cada partícula fundamental tiene una compañera. A esa compañera se le llama “compañera supersimétrica”. Por ejemplo: además del fotón también existiría el “fotino” o además del Higgs también existiría el “Higgsino”.

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Si la teoría de la Supersimetría es correcta, creemos que estas partículas deberían aparecer en el Colisionador.

2) Extradimensiones y mini-agujeros negros

Vivimos en un mundo de 4 dimensiones: las 3 dimensiones del espacio y la dimensión del tiempo.

Pero, ¿y si existiesen otras dimensiones tan pequeñas que no podemos ver?

Puede parecer ciencia ficción, pero estas dimensiones “extra” nos podrían ayudar a comprender cosas que todavía no entendemos. [Por ejemplo: porqué la gravedad es una fuerza tan débil o porqué el Universo se expande tan rápido].

Si estas dimensiones existen, podrían manifestarse en el Colisionador de varias maneras. Una primera forma sería encontrando nuevas partículas. [Por ejemplo versiones masivas de los botones Z y W].

Otra forma posible sería la creación de mini-agujeros negros. ¡No preocuparse! Además de ser minúsculos, estos agujeros sólo existirían durante 0,000000000000000000000000001 segundos. [Son 26 ceros, espero no haberme equivocado].

Esos mini-agujeros negros se desintegrarían antes de que pudiésemos detectarlos, pero dejarían una “huella” que podrían captar los detectores.

3) Materia oscura

Además de la “materia normal”, sabemos que en el Universo hay “materia oscura”. De hecho, sabemos que en el Universo hay bastante más “materia oscura” que “materia normal”.

El problema es que nunca la hemos detectado. Tampoco tenemos ni idea de qué está formada.

Espera, ¿entonces cómo sabemos que existe si nunca la hemos detectado? Porque de lo contrario las galaxias no podrían girar como giran.

Dicho de otra manera: NO podemos “ver directamente” la materia oscura pero SÍ podemos “ver los efectos” que produce la materia oscura en la materia normal.

Algunas teorías dicen que la materia oscura podría estar relacionada con las partículas supersimétricas de las que hemos hablado antes y que podríamos detectar.

4) Que encontremos algo que no nos esperábamos

Esta sería en mi opinión la alternativa más divertida: que encontremos algo completamente diferente a lo que nos esperábamos.

Eso sí, a los físicos que han dedicado sus carreras a la teoría supersimétrica creo que no les haría demasiada gracia.

23 pensamientos en “Vuelve el Gran Colisionador. ¿Qué partículas encontraremos ahora?

  1. Dices que:
    “Para acelerar los protones hasta casi la velocidad de la luz necesitas un campo magnético tremendo. Cuanto más fuerte sea el campo magnético, más rápido circularán los protones y más energía habrá en los choques”
    Pero creo que lo que se necesita es un campo eléctrico, que tampoco será pequeño. El campo magnético, imagino que se usa para curvar su trayectoria y mantenerlos dentro del anillo.
    ¿Es correcto?

    • Efectivamente, el campo magnético lo único que hace es cambiar la dirección de la partícula en cuestión, es decir que adopte la curvatura del toroidal, y el campo eléctrico acelera la partícula. Ambos son necesarios y se complementan para que la partícula sea veloz y siga la curvatura deseada

      • Básicamente un campo eléctrico está formado por una carga eléctrica, o por una concentración de ellas. Que crean un campo eléctrico (una zona en el espacio) que somete a una fuerza a las partículas cargadas eléctricamente, como protones o electrones, que están en su radio de acción. Esa fuerza acelera las partículas atrayéndolas o repeliéndolas en función del signo de su carga respecto a las cargas que crean el campo eléctrico. Y un campo magnético lo genera un iman ya bien sea natural o uno creado por un conductor (un cable) por el que circula una corriente eléctrica. El campo magnético ejerce una fuerza que cambia la posición o dirección de las partículas. Y el campo eléctrico las acelera.

  2. Muchas gracias por la explicación. Ojalá todos los reportajes sobre actividad científica que se publican en prensa fueran tan concisos y pedagógicos…

    … Tanto como tus reportajes sobre Ucrania, Grecia…….

    🙂

  3. Igual la alternativa desconocida es que la energia liberada tras la colisión desintegra el planeta entero. Quizás darle masa a algo que salvo en condiciones extremas, de retorcimiento de la realidad, no ocurre, da lugar a una catástrofe. Ahora vendrán los listos diciendo que eso es imposible. Un día de estos, como juguemos a dioses, sorpresa kinder.

    • No, verás, no es cuestión de ser listo, es que en el Universo se producen aceleraciones así constantemente (desde hace al menos 13.700 millones de años) y NO hemos detectado nada apocalíptico dentro del kínder.

      Las partículas lanzadas por las supernovas o las que caen en un agujero negro se aceleran de forma natural hasta los valores del acelerador de hadrones.

      Cuando algunas de ellas llegan a la Tierra las llamamos rayos cósmicos, y sus colisiones con los átomos de la alta atmósfera son equiparables a las que se producen en el LHC.

      En realidad no estamos haciendo nada nuevo, tan solo estamos reproduciendo, a domicilio y con cita previa, algo que pasa constantemente desde mucho antes de que nadie estuviese aquí para observarlo.

      Es muy probable que destruyamos el planeta y a todos los que vamos dentro, pero no va a ser por culpa del CERN sino de nuestra mala cabeza en la gestión de nuestros asuntos cotidianos.

    • La catástrofe ya está servida con o sin acelerador, y… porque en un remoto rincón de una galaxia, a la que orbita una mediocre enana amarilla que a su vez es orbitada por una cohorte de planetas, entre los que se encuentra un planeta rocoso llamado Tierra y habitado por una especie “inteligente” que se cuestiona su origen y su lugar en dicho Universo…, el LHC va a provocar la catastrófica extinción del propio Universo…, me parece una chorra..
      .No es cuestión de jugar a los dioses…todo lo contrario, es no quedarse parado amebóticamente, esperando a que los vendedores de biblias nos den las respuestas…
      Y como siempre fantástico el artículo,
      gracias…

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  5. Respecto al punto 4, una cita: «la frase más excitante que se puede oir en la ciencia, la que anuncia nuevos descubrimientos, no es “¡eureka!” sino “qué raro…”» (Isaac Asimov)

  6. ” “fisuras” con los que los físicos no estamos demasiado a gusto. ”

    El primer los es las creo.

    Soberbio el artículo, muchas gracias!.

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