Es la máquina más grande y poderosa que
jamás se haya construido. Y está diseñada para estudiar las partículas
más pequeñas que se han podido estudiar los seres humanos.
Es el Gran Colisionador de Hadrones, un gigantesco laboratorio que pone a prueba las leyes de
la física que hoy conocemos. Ahí dentro, miles de científicos de todo el mundo recrean cómo fueron los instantes justo después del Big Bang, e intentan descifrar
uno de los grandes enigmas de la ciencia: ¿de qué está hecho nuestro universo?
En este video te contamos cómo funciona este megalaboratorio en el que se llega a los límites
del conocimiento para resolver grandes misterios de la naturaleza.
Comencemos por lo más básico. El Gran Colisionador de Hadrones es un acelerador
de partículas. Está ubicado en el Centro Europeo para la
Investigación Nuclear, más conocido como CERN, en la frontera entre Francia y Suiza.
Ahí, dentro de un anillo de 27 kilómetros de circunferencia, a 100 metros bajo
tierra, se aceleran haces de partículas que alcanzan más del 99,99999% de la velocidad
de la luz.
Las partículas que viajan dentro del anillo son protones o núcleos de hidrógeno, que
son parte de una familia de partículas subatómicas llamadas hadrones. Estos haces se disparan
en direcciones opuestas dentro del anillo, y viajan guiados por poderosos imanes que
los conducen hasta que chocan entre sí. El colisionador tiene cuatro detectores para
analizar el resultado de las colisiones. Pero esto no es nada fácil. Para que te hagas una idea,
las partículas que viajan dentro del anillo son tan pequeñas, que lograr que colisionen equivale
a disparar dos agujas a 10 kilómetros de distancia y esperar que se encuentren a mitad de camino.
El colisionador recrea condiciones similares a las de los primeros instantes del universo:
un vacío como el del espacio profundo y a ‑271 grados Celsius, eso es solo dos grados
por encima del cero absoluto, que es la temperatura más baja que pueda existir.
OK, ¿para qué hacen chocar estas partículas? Luego de cada colisión, pueden surgir otras
partículas que solo existieron durante fracciones de segundo después del Big Bang, hace 13.800
millones de años.
De esa manera, los científicos pueden recrear
lo que ocurrió cuando el universo apenas comenzaba a formarse, y eso nos ayuda a entender
cuál fue el origen de todo lo que hoy conocemos, desde una planta hasta los planetas y las
galaxias. Por ejemplo, una de las partículas que ha
surgido en el Gran Colisionador de Hadrones es el famoso bosón de Higgs, que algunos
llaman “la partícula de Dios”. Durante más de 40 años, una teoría de
los científicos Robert Brout, François Englert y Peter Higgs, predecía que esta partícula debía existir,
pero nadie había podido observarla, y mucho menos estudiar sus propiedades.
En 2012, dos experimentos independientes del Gran Colisionador de Hadrones finalmente
pudieron detectar el bosón de Higgs.
Un año más tarde, Englert y Higgs recibieron
el premio Nobel de Física por su teoría, que fue comprobada por los experimentos del
Gran Colisionador de Hadrones. Uno de los mayores logros de la física del
siglo XXI. ¿Pero por qué fue tan importante?
Para entenderlo, primero hay que hablar del Modelo Estándar, una teoría ampliamente
aceptada que describe las partículas fundamentales que componen el universo y las fuerzas que
rigen sus interacciones.
Según el Modelo Estándar, todo lo que existe
está hecho de unas partículas de materia sobre las que actúan unas fuerzas que hacen
que todo funcione. El problema, es que el Modelo Estándar no
explica de dónde proviene la masa de esas partículas.
Para responder esta pregunta, Higgs y sus colegas propusieron la existencia de un campo
invisible que se formó justo después del Big Bang, y que hoy permea todo
el universo. A ese campo hoy se le conoce como el campo de
Higgs, y está asociado a la existencia de unas partículas subatómicas que los físicos llaman bosones.
Las primeras partículas que se formaron tras el Big Bang no tenían masa, por eso la teoría
de Higgs es que estas partículas adquirieron su masa al interactuar con los bosones del
campo de Higgs.
Para entenderlo, imagina que vas caminando
por el barro. Al principio puedes caminar tranquilamente,
pero a medida que avanzas, el barro se va pegando a tus pies, es decir, tus pies van
ganando masa y se van haciendo más pesados. En este caso, tu pie equivale a la partícula
que entra en el campo de Higgs, y adquiere masa al interactuar con el barro, que serían
los bosones de Higgs. Entonces, si no fuera por el campo de Higgs,
ninguna partícula tendría masa, y el universo sería muy distinto.
Durante años, el bosón de Higgs existió solo en la teoría, hasta que el Gran Colisionador de Hadrones pudo detectar su presencia.
Para ser precisos, más que detectarlo, los científicos dedujeron su existencia por
los residuos que deja el bosón al desintegrarse.
De esta manera, se pudo comprobar la existencia
del campo de Higgs, que es el que nos explica de dónde proviene la masa de todas las cosas
que conocemos. Pero este hallazgo no es el fin de la historia.
Los científicos siguen trabajando para conocer mejor las propiedades del célebre bosón,
y cómo ayuda a completar el rompecabezas del Modelo Estándar.
Por ejemplo, uno de los grandes vacíos de este modelo es que solo describe la
materia ordinaria, la que podemos ver y tocar. Este tipo de materia equivale solo al 5% de
toda la materia que existe en el universo.
El otro 95% que el Modelo Estándar no logra
explicar corresponde a la “energía oscura” y a la “materia oscura”, dos misteriosos
componentes del universo de los que todavía se sabe muy poco.
Los investigadores del CERN esperan que encontrar nuevas partículas los ayude a resolver el misterio,
al menos, de la materia oscura.
Mientras tanto, los científicos siguen viendo al Gran Colisionador de Hadrones como un ejemplo
de que el trabajo en equipo y la curiosidad insaciable son claves para entender mejor
el universo que habitamos.
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