Cuando el Acelerador de partículas de Ginebra (el LHC), se pudo en marcha hace algunos, años os decía:

“El programa experimental del LHC. Demoslé un repaso.

                                   Se pudo en marcha un día 10 de Septiembre a las 9,30 horas del año 2008

“Es el mayor colisionador y acelerador de partículas del mundo, así como el más potente (la energía almacenada en él podría fundir hasta 50 toneladas de cobre.)

“CERN entrará en funcionamiento. Actualmente ya ha empezado el largo proceso de enfriar su enorme masa a las bajas temperaturas que permitirán el funcionamiento de los imanes superconductores a menos de 271 grados centígrados bajo cero, menos de dos grados por encima del cero absoluto. De esta manera empezará la colisión frontal de dos haces de protones de una energía jamás alcanzada en ningún laboratorio.”

“De hecho, sus medidas son sorprendentes: consta de un anillo de 27 kilómetros que se extiende entre el distrito de Gex (Francia) y el cantón de Ginebra (Suiza), y que está enterrado a entre 50 y 150 metros de profundidad. Dicho anillo está compuesto de imanes superconductores que se encuentran a una temperatura cercana al llamado “cero absoluto” (-273,15 ºC).”

       ¿Cómo son los imáanes del LHC?

“Esta temperatura es la necesaria para generar el vacío que permitirá la circulación de los haces de protones o de iones de plomo a una velocidad próxima a la de la luz. Gracias a estos procesos, los físicos esperan descubrir los secretos más íntimos de la materia, como si existe o no el hipotético bosón de Higgs  o si son posibles los viajes en el tiempo.”

Consta de varios experimentos como el CMS

“En general, un acelerador de partículas es un instrumento que utiliza campos electromagnéticos para acelerar las partículas subatómicas cargadas eléctricamente hasta alcanzar velocidades (y por tanto energías) muy altas, incluso cercanas a la de la luz.”

              Primeras pruebas a 13 TeV

“El LHC, en concreto, se diseñó para colisionar haces de protones de 7 Tev (teraelectronvoltios) de energía, siendo su propósito principal examinar la validez y límites del Modelo Estándar de la Física de Partículas,  que es el marco teórico actual de la física de partículas. En su fabricación han participado más de 2.000 físicos de 34 países, y cientos de universidades y laboratorios, con una inversión de casi cuatro millones de euros.”

“Una parte clave del proceso fue la puesta a punto de los colimadores. Estos dispositivos absorben partículas desviadas fueron ajustaron a las condiciones de colisión de haces. Esta configuración le dará a los científicos del acelerador los datos que necesitan para asegurarse de que los imanes y los detectores del LHC están totalmente protegidos.”

 “Esta es una parte importante del proceso que permitirá a los equipos experimentales que supervisan los detectores de ALICE, ATLAS, CMS y LHCb cambiar sus experimentos totalmente. La toma de datos y la segunda puesta en funcionamiento de LHC está prevista para principios de junio.”

El LHC ya estaba presente en el horizonte científico del CERN cuando se aprobó, a mediados de la década de los 70, la construcción de LEP. Ya entonces se decidió dimensionar la obra civil de forma que pudiera albergar en el futuro un colisionador hadrónico. En 1984 las principales características de la máquina quedaban definidas: el LHC sería un colisionador protón-protón, con una energía en el centro de masas entre 10 y 20 TeV y una altísima luminosidad (mayor 10³³ cm ²sˉ¹ y que posteriormente se aumentaría hasta 10³⁴ cm ˉ²sˉ¹).

LHCb es el más bello de los experimentos del LHC. La “b” es de “beauty” o “belleza”.

La “belleza” es uno de los “sabores” de los quarks.

 

El acelerador:

Un túnel de 27 km de circunferencia, a una profundidad media de 100 m, en la frontera franco-suiza alberga el LHC. Dado que la longitud total del acelerador queda fijada por la longitud del túnel, la energía máxima de colisión alcanzable depende críticamente del campo magnético que pueda mantenerse de forma estable con los imanes bipolares de curvatura que lo configuran.

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Algunas de las Estructuras fundamentales a las que habría que agregar las que llamamos formas de Vida

Hemos llegado a poder discernir la relación directa que vincula el tamaño, la energía de unión y la edad de las estructuras fundamentales de la Naturaleza.

Una molécula es mayor y más fácil de desmembrar que un átomo; lo mismo podemos decir de un átomo respecto al núcleo atómico, y de un núcleo con respecto a los quarks que contiene.

La cosmología  sugiere que esta relación resulta del curso de la historia cósmica, que los quarks se unieron primero, en la energía extrema del big bang original, y que a medida que el Universo se expandió, los protones y neutrones compuestos de quarks se unieron para formar núcleos de átomos, los cuales, cargados positivamente, atrajeron a los electrones cargados con electricidad negativa estableciéndose así como átomos completos, que al unirse formaron moléculas.

            El Hubble capta galaxias situadas a 13.000 millones de años luz del Sistema solar

Si es así, cuanto más íntimamente examinemos la Naturaleza, tanto más lejos hacia atrás vamos en el tiempo.   Alguna vez he puesto el ejemplo de mirar algo que nos es familiar, el dorso de la mano, por ejemplo, e imaginemos que podemos observarlo con cualquier aumento deseado.

Con un aumento relativamente pequeño, podemos ver las células de la piel, cada una con un aspecto tan grande y  complejo como una ciudad, y con sus límites delineados por la pared celular.  Si elevamos el aumento, veremos dentro de la célula una maraña de ribosomas serpenteando y mitocondrias ondulantes, lisosomas esféricos y centríolos, cuyos alrededores están llenos de complejos órganos dedicados a las funciones respiratorias, sanitarias y de producción de energía que mantienen a la célula.

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DE LO PEQUEÑO A LO GRANDE

TODO LA MISMA COSA: Quarks y Leptones

El mismo acto de explorar modifica la perspectiva del que explora; Ulises, Piteas, Marco Polo y Colón, habían cambiado cuando volvieron a su hogar después de explorar “nuevos mundos”.

                  La inmensidad del Cosmos y la infinitud de los cuantos

Lo mismo ha sucedido con la investigación científica de los extremos en las escalas, desde la inmensa y grandiosa extensión de los espacios cosmológicos hasta el minúsculo mundo enloquecido de las partículas subatómicas. Estos viajes nos han cambiado y, han desafiado muchas de las concepciones científicas y filosóficas que conformaban nuestra manera de ver el mundo que nos rodea.

Cúmulo de galaxias inmensas y experimento de partículas en el LHC

La exploración del ámbito de las Galaxias extendió el alcance de la visión humana en un factor de 10²⁶ veces mayor que la escala humana, y produjo la revolución que identificamos con la relatividad, la cual reveló que la concepción newtoniana del mundo sólo era un parroquialismo en un Universo más vasto donde el espacio es curvo y el tiempo se hace flexible, dónde la materia es energía congelada y, donde el tiempo está unido irremisiblemente al espacio.

La exploración del dominio subatómico nos llevó lejos en el ámbito de lo muy pequeño, a unos 10̄̄  ̄¹⁵ de la escala humana, y también significó una revolución. Esta fue la Física Cuántica que surgió a partir de la semilla que sembró Max Planck, en 1900, cuando comprendió que sólo podía explicar lo que se llamaba curva del cuerpo negro –el espectro de energía que genera un objeto de radiación perfecta- si abandonaba el supuesto clásico de que la emisión de energía es continua, y lo reemplazó por la hipótesis sin precedentes de que la energía se emite en unidades discretas que Planck llamó cuantos,

derivada de la palabra grecolatina similar, y los definió en términos del cuanto de acción, simbolizado por la letra h. Planck no era ningún revolucionario –a la edad de 40 años era un viejo, juzgado por los patrones de la ciencia matemática y, además, un pilar de la elevada cultura alemana del siglo XIX-, pero se percató fácilmente de que el principio cuántico echaría abajo buena parte de la física clásica a la que se había dedicado durante muchos años su carrera. “Cuanto mayores sean sus dificultades –escribió-…tanto más importante será finalmente para la ampliación y profundización de nuestro conocimiento en la física.”

Sus palabras fueron proféticas: cambiando y desarrollándose constantemente, modificando su coloración de manera tan impredecible como una reflexión en una burbuja de jabón, la física cuántica pronto se expandió prácticamente a todo el ámbito de la física, y el cuanto de acción de Planc, h, llegó a ser considerado una constante de la Naturaleza tan fundamental como la velocidad de la luz, c, de Einstein.

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