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CERN

CERN: a la expectativa

Enrique Ganem
Por Enrique Ganem

Cada vez que el CERN aparece en las noticias, mucha gente deja lo que está haciendo y se detiene a escuchar, y con razón.

Desde que el LHC (el “Gran Colisionador de Hadrones”, por su sigla en inglés) reveló la existencia del bosón de Higgs, la popularidad de esta institución ha subido continuamente.


El CERN

El “Centro Europeo de Investigaciones Nucleares” (por su sigla en francés) fue fundado al final de la Segunda Guerra Mundial con la intención de explorar el uso pacífico de la energía nuclear; otros objetivos, menos publicitados pero no menos meritorios, fueron el de crear un ambiente académico de colaboración entre los científicos europeos en una época en que la cooperación entre los países de ese continente era casi imposible debido a la memoria del conflicto reciente. Solo en el CERN era posible ver, en forma regular, a grupos de alemanes, holandeses, franceses, daneses y de otros países trabajar juntos en forma pacífica y razonablemente amistosa. Finalmente, el CERN debería convertirse en un generador de nueva tecnología que le permitiera a la muy dañada industria europea recuperarse de la locura absoluta de los años anteriores.

Para resumir, te diré que el CERN ha sido un éxito en todos estos asuntos. Las instalaciones del CERN son enormes (tiene varios centenares de edificios, cuenta con un hotel, varios restaurantes, una estación de bomberos y muchos otros servicios más). En los pasillos de sus edificios es común escuchar conversaciones en muchos idiomas diferentes y resulta fácil encontrarse en la cafetería con gente de todas las nacionalidades (además, la comida es bastante buena y de precio muy bajo).

 

Incubación de Premio Nobel

Con respecto a la generación de nuevo conocimiento, en los aceleradores de esta institución (que son varios) se han realizado varios descubrimientos que le han valido el Premio Nobel a sus autores (además de muchos otros que han ayudado en mucho a entender la estructura básica de la materia). Gracias en buena parte al CERN podemos entender con gran detalle la manera en que el universo tomó su forma actual. Literalmente, podemos reconstruir los primeros momentos del Universo varios miles de millones de veces por segundo en el interior del LHC.

Finalmente, la tecnología generada por el CERN es increíblemente valiosa. Los administradores de esta institución no solo pueden presumir de haber creado la primera estructura administrativa viable capaz de cumplir con los complejos procedimientos administrativos y contables de los países de la Unión Europea (cada uno tiene sus propias reglas), sino que también tienen documentos que demuestran que por cada euro invertido en el CERN, la sociedad europea ha recibido 100 euros de beneficio (ahora trata de encontrar en la Bolsa de Valores de cualquier parte del mundo una acción que deje un beneficio de 10,000% sin riesgo). En esa contabilidad, por cierto, no se cuenta el producto del CERN que, probablemente, es el más valioso a nivel comercial en la actualidad... en el “Centre de Calcul” (“Centro de Cómputo”) existe una vitrina que guarda una computadora personal vieja, con el teclado y pantalla algo gastados; en esa máquina, Tim Berners-Lee inventó la tecnología WEB, que fue regalada a la comunidad internacional. En la actualidad, la WEB ya mueve una parte muy importante del dinero de la sociedad mundial y su valor económico es incalculable.

 

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Te cuento todo esto porque cada vez que los investigadores del CERN se emocionan con algún dato generado en sus aparatos, es claro que vale la pena hacer una pausa en lo que estés haciendo para tratar de entender la causa.

Grandes descubrimientos

A mediados del mes de diciembre pasado, uno de los muchos grupos de investigación reveló algo que, a primera vista, parece absolutamente indescifrable: registraron un aumento de difotones en colisiones de 750GeV.

Si dices esto en medio de una reunión familiar, o en tu trabajo, la gente te mirará por un momento con ojos raros y luego reanudará la conversación que interrumpiste (si no tienes suerte, quizá te recomendarán a un buen psiquiatra).

Como suele suceder con las noticias de la ciencia, una breve explicación puede convertir una frase inescrutable en una emoción muy intensa. A principios del siglo XX, los físicos intentaban explicar la estructura de los átomos (cuya existencia fue demostrada matemáticamente por Albert Einstein en 1905, en uno de los artículos fantásticos que escribió en ese año; este trabajo no es recordado con frecuencia pues fue eclipsado por otros mas populares, como el de la Teoría de la Relatividad o el del “Efecto Fotoeléctrico”, que aparecieron más o menos al mismo tiempo).

Los experimentos y observaciones de investigadores como Rutherford, y los estudios teóricos de personajes como Niels Bohr, dejaron claro que las nuevas reglas de la Mecánica Cuántica podrían ayudar a determinar exactamente cuantos tipos de partículas forman la materia tangible. De manera análoga a la forma en la que las piezas de un rompecabezas se unen para formar una figura completa, las descripciones matemáticas de las partículas conocidas entonces (como el electrón) deberían ajustarse unas con otras para generar una estructura matemática única que describiría toda la materia del universo.

Esta expectativa se fue cumpliendo, parte por parte, a lo largo del siglo XX: los mejores investigadores, armados con las curiosas matemáticas de esta disciplina, predijeron la existencia de varias partículas fundamentales diferentes (como los famosos “quarks” y el bosón de Higgs). Una por una, estas partículas fueron apareciendo.

Las partículas fundamentales tienen un tamaño increíblemente pequeño (de hecho, todavía no sabemos con exactitud el tamaño del electrón, solo podemos decir que mide menos de 15 millonésimas de millonésimas de milímetro... es decir, alrededor de un millón de veces menor al tamaño de un átomo. Esta es una medida máxima; el electrón es más pequeño, pero no podemos saber si es unas 10 veces menor, o 10,000 millones de veces, o cualquier otra cantidad).

Otro problema con las partículas fundamentales es que algunas de ellas (las más difíciles de detectar) solo viven por una cantidad de tiempo minúscula (algunas de ellas, que nacen moviéndose casi a la velocidad de la luz, solo pueden recorrer un milímetro o menos antes de estallar).

 

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¿Cómo detectar objetos tan pequeños y efímeros?

En la segunda parte del siglo XX, el desarrollo de los aceleradores de partículas permitió crear las condiciones que permiten detectar en forma indirecta, pero segura, la existencia de estas partículas. La idea es la siguiente.

La Teoría de la Relatividad dice, entre otras cosas, que la materia y la energía son dos formas diferentes de la misma esencia; dicho en otras palabras, si concentras suficiente energía en las condiciones correctas, puede aparecer materia.

Esto se ha observado incontables veces en los aceleradores. Primero te echas un clavado en las complejas fórmulas de la Mecánica Cuántica para tratar de determinar las características teóricas de una nueva partícula fundamental (claro está, primero tienes que demostrar que estas matemáticas admiten su existencia). Este trabajo puede involucrar a muchas personas, y a veces puede durar décadas (en el caso del bosón de Higgs, los cálculos fueron realizados por miles de personas, comenzaron en la década de los 60 y no rindieron fruto sino hasta hace pocos años).

Una vez que has determinado las características de estas nuevas partículas, construyes una máquina que acelera partículas conocidas y fáciles de controlar (como los protones) y las haces chocar de frente con una energía cuidadosamente calculada. Si tu teoría dice que existe una partícula con X cantidad de energía, gradúas tu máquina para producir colisiones que liberen esa cantidad de energía en cada impacto. Esta máquina la pones a funcionar por meses enteros, sin descanso, y registras los datos generados.

Cuando aparece una nueva partícula a partir de la energía de una colisión, tienes que considerar que no podrás detectarla directamente; como te dije, muchas partículas fundamentales revientan casi instantáneamente. Al hacerlo, generan otras partículas, fáciles de detectar, y tú puedes calcular cuáles serán esas partículas secundarias generadas por el estallido de tu partícula fundamental teórica. Tu detector solo verá a estas partículas secundarias. Tendrás entonces que medir la energía y dirección de todas ellas para tratar de determinar las características de la partícula original y decidir si son el resultado de la descomposición de tu partícula fundamental teórica.

 

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En un superacelerador ocurren decenas de millones de colisiones por segundo, y el aparato funciona por meses enteros, como ya dije. La cantidad de información generada es vastísima. El proceso de análisis puede tomar mucho tiempo y requiere de supercomputadoras gigantes que ocupan el espacio de un gran hangar.

En el mes de diciembre pasado, los investigadores de los que hablé al principio de este artículo encontraron muchas partículas secundarias (en este caso, parejas de “fotones” o partículas de luz) que parecen ser el resultado de la descomposición de una partícula fundamental.

El problema es que el “Modelo Estándar” (la colección de teorías basadas en la Mecánica Cuántica que describen todas las partículas fundamentales conocidas) no puede explicar la existencia de una partícula con esas características. Al parecer, el rompecabezas de las partículas fundamentales, que parecía completo, podría tener una pieza de más.

En los meses siguientes, se realizarán muchas observaciones para tratar de determinar si se trata de una falsa alarma, o de una partícula fundamental inesperada.

Si se confirma esto último, las alternativas son todas espectaculares.

Como siempre, se me termina el espacio, pero no el tema. Te adelanto lo siguiente: si realmente existe una partícula con una energía de 750 GeV (otro día te digo qué significa esta medida), entonces es probable que estemos cerca de desarrollar una nueva teoría que cambiaría nuestra perspectiva de lo que significa el término “realidad” (una no muy vaga posibilidad es que el cosmos en el que vivimos es solo uno de una cantidad infinita, y siempre creciente, de universos paralelos, cada uno de ellos con sus propias reglas físicas).

Te prometo mantenerte informado sobre este tema tan pronto aparezcan más detalles en las revistas especializadas.

Te recomiendo visitar esta liga para que veas cómo son acelerados los protones en el CERN https://cds.cern.ch/record/1610170

 

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