Buscando respuestas

Las fuerzas que podemos sentir en la vida cotidiana, es decir, la Gravedad y el electromagnetismo, aumentan con la cercanía: así, cuando más cerca está un clavo de un imán o una manzana del suelo, más se verán atraídos. Por el contrario, la interacción fuerte disminuye cuanto más cerca y juntas están las partículas en el interior de los átomos, aumentando cuando las partículas se alejan las unas de las otras.

El descubrimiento de esta extraña propiedad, llamada libertad asintótica, supuso toda una revolución teórica en los años 70 (se publicó en 1.973), pero ya plenamente respaldada por los experimentos en los aceleradores de partículas, aconsejó, a la Academia, conceder 30 años más tarde, el Premio Nobel de Física a sus autores.

Franck Wilczek, unos de los tres autores de la teoría que, cuando le comunicaron la concesión del Nobel comentó:

“Ha sido un gran alivio.  He estado pensando en ello durante mucho tiempo. No estaba claro que fuera un adelanto en aquel momento. La teoría que propusimos era descabellada en muchos aspectos y tuvimos que dar muchas explicaciones”, reconoció el investigador.”

 

Tanto Wilczek como Politzer eran aun aspirantes a doctores en 1.973, cuando publicaron su descubrimiento en Physical Review letters.  Junto a su informe, la misma revista incluyó el trabajo de David Gross, que unido al de los dos estudiantes dio lugar a la celebrada teoría de la Cromodinámica Cuántica (QCD).

    Los quarks vienen en seis diferentes ‘sabores’ y poseen una carga de color

Siguiendo una arraigada costumbre de la Física de partículas, los investigadores emplearon nombres comunes y desenfadados para señalar sus nuevos descubrimientos y llamaron “colores” a las intrincadas propiedades de los quarks.

Por ello, su teoría es conocida en la actualidad por el nombre de Cromodinámica (cromo significa “color” en griego), a pesar de que no tienen nada que ver con lo que entendemos y llamamos color en nuestra vida cotidiana, sino con el modo en que los componentes del núcleo atómico permanecen unidos.  En este sentido, resulta mucho más intuitiva, aunque no menos divertida, la denominación de las partículas que hacen posible la interacción fuerte, llamadas gluones (glue es “pegamento” en inglés).

Al igual que en la teoría electromagnética, las partículas pueden tener carga positiva o negativa, los componentes más diminutos del núcleo atómico pueden ser rojos, verdes o azules. Además, de manera análoga a como las cargas opuestas se atraen en el mundo de la electricidad y el magnetismo, también los quarks de distinto color se agrupan en tripletes para formar protones y neutrones del núcleo atómico.

Pero estas no son las únicas similitudes, ni siquiera las más profundas, que existen entre las distintas fuerzas que rigen el Universo. De hecho, los científicos esperan que, en última instancia, todas las interacciones conocidas sean en realidad la manifestación variada de una sola fuerza que rige y gobierna todo el cosmos.

Según la Academia Sueca, el trabajo premiando a estos tres Físicos, “constituye un paso importante dentro del esfuerzo para alcanzar la descripción unificada de todas las fuerzas de la Naturaleza”.  Lo que llamamos teoría del todo.

Según Frank Wilczek, que ahora pertenece al Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT), su descubrimiento “reivindica la idea de que es posible comprender a la Naturaleza racionalmente”.  El físico también recordó que “fue una labor arraigada en el trabajo experimental, más que en la intuición”.

Sabemos que los quarks -hasta el momento-, son las partículas más elementales del núcleo atómico donde forman protones y neutrones.  La interacción fuerte entre los quarks que forman el protón es tan intensa que los mantiene permanentemente confinados en su interior, en una región ínfima. Y, allí, la fuerza crece con la distancia, si los quarks tratan de separarse, la fuerza aumenta (confinamiento de los quarks), si los quarks están juntos los unos a los otros, la fuerza decrece (libertad asintótica de los quarks).  Nadie ha sido capaz de arrancar un quak libre fuera del protón.

Con aceleradores de partículas a muy altas energías, es posible investigar el comportamiento de los quarks a distancias muchos más pequeñas que el tamaño del protón.

Así, aquel trabajo acreedor al Nobel demostró que la fuerza nuclear fuerte actúa como un muelle de acero, si lo estiramos (los quarks se separan), la fuerza aumenta, si lo dejamos en reposo, en su estado natural, los anillos juntos (los quarks unidos), la fuerza es pequeña.

Así que la Cromodinámica Cuántica (QCD) describe rigurosamente la interacción fuerte entre los quarks y, en el desarrollo de esta teoría, como se ha dicho, jugaron un papel fundamental los tres ganadores del Nobel de Física de 2004.

Trabajos y estudios realizados en el acelerador LEP del CERN durante la década de los 90 hicieron posible medir con mucha precisión la intensidad de la interacción fuerte en las desintegraciones de las partículas z y t, es decir a energías de 91 y 1,8 Gev, los resultados obtenidos están en perfecto acuerdo con las predicciones de ACD, proporcionando una verificación muy significativa de libertad asintótica.

                       Mini Big Bang a 100 metros bajo tierra

Simular el nacimiento del Universo no resulta nada sencillo.  Primero hay que excavar un túnel subterráneo de 100 metros de profundidad, en cuyo interior se debe construir un anillo metálico de 27 kilómetros enfriado por imanes superconductores cuya función es mantener una temperatura bastante fresca, nada menos que 271 grados bajo cero.

A continuación, hay que añadir a la ecuación dos puñados de protones, lanzados al vacío de este tubo subterráneo en direcciones opuestas, y a una velocidad inimaginable que prácticamente debe rozar la velocidad de la luz en el vacío.  Es solo entonces cuando los múltiples colisiones de partículas que se produzcan en el interior del anillo producirán condiciones que existían inmediatamente después del Big Bang, ese descomunal estallido cósmico que dio el pistoletazo de salida para el surgimiento de nuestro mundo y de la vida inteligente a partir de esta materia inerte creada y evolucionada después en las estrellas.

Así, en el corazón de la cordillera del Jura, justo en la frontera entre Francia y Suiza, el Centro Europeo de Investigaciones Nucleares (CERN), está intentando llegar más lejos de lo que nunca se logró llegar. Se trata de conseguir encontrar la fuente creadora de la masa, y, según una teoría que existe desde hace décadas, el secreto está en una partícula, un Bosón que lleva el nombre del físico teórico que predijo su existencia: ¡El Bosón de Higgs! que, si realmente existe, dará consistencia a uno de los parámetros aleatorios que conforman en el modelo estándar y, si por el contrario, no se llega a encontrar, nos dará la opción de buscar en otra dirección. Ya sabéis que los físicos del CERN han declarado en rueda de prensa que han encontrado una partícula que lleva todas las papeletas para ser el famoso Bosón. Finalmente la dieron por buena y hasta se mereció el Nobel… ¡Sin embargo quedan muchas explicaciones pendientes!

Científicos del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) han descubierto que el bosón de Higgs -la partícula fundamental cuya existencia fue descubierta en 2012 se desintegra en dos partículas denominadas tau, pertenecientes a la familia de los fermiones. Estas últimas son las partículas que componen la parte visible de la materia.

El hallazgo fue realizado en el experimento ATLAS, uno de los cuatro principales incorporados al Gran Acelerador de Hadrones (LHC) -un anillo de unos 27 kilómetros de circunferencia construido a unos 80 metros bajo tierra en la frontera entre Suiza y Francia-, y acaba de ser presentado a la comunidad de físicos.

¿Será realmente el Bosón de Higgs el dador de masas que dicen?

Este acelerador tan largamente esperado comenzó a funcionar hace unos años y han sido realizadas algunas pruebas de cuyos resultados, tenemos respuestas parciales y, el principal objetivo era encontrar el Bosón de Higgs, Las partículas que se inyectan en su interior colisionan -aproximadamente- seiscientos millones de veces por segundo, desencadenando la mayor cantidad de energía jamás observada en las condiciones de un laboratorio, y, aunque aún estará muy alejada de la energía necesaria para comprobar la existencia de las cuerdas vibrantes (10¹⁹ GeV), lo cierto es que, disponer de 14 TeV en el ámbito de los aceleradores de partículas, ha sido el sueño de los físicos durante décadas. Ahora con el comienzo de la nueva etapa, quieren hacer intentos para tratar de descubrir partículas simétricas (WIMPs) ¿componentes de la materia oscura?

Ahora descubrirán nuevas partículas antes desconocidas, se sondearan distancias infinitesimales en las entrañas de la materia, se recogeran datos asombrosos y también, tendremos algunas respuestas a preguntas planteadas que no pudimos contestar, y, no sería de extrañar que, en ese “universo” profundo de altas energías, también podamos “ver” la sombra de esa materia “perdida” y, seguramente, alguna inesperada aparición. El LHC producirá tantos datos que, si apilamos los CD generados con ellos y los pusiéramos unos encima de otros, la pila alcanzaría más de 20 kilómetros de altura. Muchísimos físicos repartidos por todo el mundo están ahora mismo, tratando de desvelar toda esa información y, los resultados, pueden ser alucinantes.

El trabajo que se lleva a cabo en el CERN constituye una contribución muy importante al conocimiento de la Humanidad para comprender el mundo que nos rodea. Algunos han criticado la inversión que supone llevar a cabo proyectos como este del LHC, sin embargo, si conocieran la contribución que en el CERN y el FERMILAB se han podido hacer en favor de la Humanidad…, ¡se estarían calladitos!

                La pregunta clave: ¿De qué estará conformada realmente la materia de nuestro Universo?

Si lo miramos detenidamnete, nos pueden parecer increíbles los logros de conocimientos que nuestra especie ha podido conquistar al desvelar, secretos de la Naturaleza que estaban profundamente escondidos. Todo ese saber nos ha permitido construir maravillas tecnológicas que, como el Hubble o el LHC, nos llevan hasta los confines del Universo lejano y también, hasta los confines del corazón de la materia.

Por ejemplo: Con el Hubble hemos captado imágenes de Galaxias situadas a tántas distancias como unos pocos cientos de millones de años después del Big Bang, o, explosiones supernovas. En los sistemas criogénicos del LHC, se debe mantener ese inimaginable frío de 271 grados bajo cero y los campos electromagnéticos deben asegurar que la aceleración de los haces de partículas recorran los 27 km del anillo subterráneo a un 99,99% de la velocidad de la luz.

                                               Tocando la creación

Cada segundo, un protón da 11.245 vueltas al anillo del LHC.  Teniendo en cuenta que cada haz de estas partículas tendrá una duración de 10 horas, se estima que recorrerá un total de 10.000 millones de kilómetros (suficiente para llegar a Neptuno y volver). La energía requerida por el haz de protones al viajar por el acelerador es el equivalente a un coche viajando a 1 .600 km/h por el carril rápido de una autopista imposible, o la cantidad de energía almacenada en los imanes superconductores que mantendrán la temperatura a -271° sería suficiente para derretir 50 toneladas de cobre.

El LHC está dividido en 8 sectores de 3,3 km cada uno, y,en ellos, se llevan a cabo las colisiones que simulan -en miniatura-, las condiciones del Big Bang. El Bosón de Higgs, el tesoro más deseado, será el premio.  Una partícula que predice el modelo teórico actual de la Física, pero para el que hasta el momento, no existen evidencias y, aquel anuncio del hallazgo de una partícula nueva que tenían que estudiar…, es sospechoso y huele a excusa, ya que, de momento, no se encontró nada del dichoso Bosón del físico escocés que propuso su existencia en 1.964 y cuya existencia parece crucial para comprender cómo la materia adquiere su masa.

Recuerdo las declaraciones de John Ellis, uno de los investigadores del CERN que, en la puesta en marcha dijo:

“Si no encontramos la partícula de Higgs, esto supondría que todos los que nos dedicamos a la Física teórica llevamos 35 años diciendo tonterías”.

Esperémos que no sea así, y que en el LHC se pueda encontrar las respuestas durante tanto tiempo esperadas. Sin embargo, la cosa no resultará fácil. Por otra parte, tendremos que recordar que no siempre se pudo verificar lo que los teóricos predijeron. El caso de Dirac y el positrón, el neutrino de Pauli y otros, son los casos que nos llevan a tener esperanzas en la intuición humana.

emilio silvera

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