Conferencia sobre el acelerador de partículas LHC

Saludos.

Ayer estuve en una conferencia que se hizo en mi ciudad sobre el LHC. Me pareció interesante postear aquí un vago resumen de lo que se habló por si a alguien le interesa:


Resumiendo más o menos de todo lo que se habló (no soy tan rápido apuntando como para reproducir el discurso tal cual vino):



-Básicamente hay dos tipos fundamentales de partículas: los leptones (en los que se incluyen el electrón, los muones y los neutrinos) y los bariones (dónde se incluyen los neutrones, los protones y alguna más). Luego hay otras como los mesones, los fotones, los bosones (algunos como el Higgs todavia por demostrar), los gravitones (todavia por demostrar), etc. Partículas masivas como los protones y neutrones están formados, a su vez, por partículas elementales llamadas quarks. En última instancia la teoria de cuerdas (sin confirmar), afirma que estos quarks y demás partículas elementales están formados por unas cuerdas en bucle siendo estos un tipo u otro de partícula según la frecuencia vibratoria de las mismas.



-Para saber de qué están formadas las partículas que consideramos elementales tenemos que romperlas para disgregarlas en sus posibles componentes. Para ello es necesario hacerlas colisionar entre sí. Eso se consigue por medio de un acelerador de partículas. Estos consisten en un gran circuito de superconductores magnéticos por los que se hace girar un haz de montones de partículas para en un momento dado hacerlas colisionar entre si cuanto a mayor velocidad mejor. De esta manera se rompen al chocar y podemos ver cuales son sus partículas constituentes. Saber de qué partículas elementales está formada la materia es útil y aplicable en muchos campos de la tecnología (más de los que nos pueda parecer).



-El acelerador de partículas LHC de Ginebra pretende hacer esto, entre otras cosas. Es actualmente el mayor acelerador de partículas del mundo. Ha sido construido con la colaboración de decenas de países y científicos de buena parte del globo. Está situado en la frontera entre Suiza y Francia, junto al lago Leman (cómo curiosidad decir que fué aquí en Suiza, cuando se empezaron a construir los primeros aceleradores después de la 2ª Guerra mundial, donde se inventó la web cómo instrumento para transmitirse información entre los científicos. Al ser en un lugar cómo Suiza donde se hizo esto el acceso a la web es libre. Si fuera el amigo Bill Gates quien lo hubiera inventado creo que estariamos pagando un céntimo por cada click que hacemos en la interneta).

Su circuito mide una extensión de 27km de circumferencia.

El circuito conductor está 100 metros bajo tierra con cuatro grandes detectores colocados a lo largo del circuito que llegan al exterior por medio de grandes cavernas. Estos detectores sirven para registrar el paso del flujo de partículas y ver el momento de la colisión entre ellas. Para ello hacen 40 millones de “fotos” por segundo en el momento de la colisión. La cantidad de información es tal que directamente se envía a una macrored de ordenadores que procesan la ingente cantidad de información (de otro modo no caberia tanta). La longitud de los cables instalados en los detectores es tal que si los estirásemos su longitud seria como cinco veces la distancia al Sol.

Los imanes necesáreos para crear el flujo de particulas en el interior del acelerador son tan potentes y precisos que necesitan estar a una temperatura de 271 grados bajo cero para funcionar correctamente. Son solo dos grados por encima del cero absoluto. Ni siquiera el espacio exterior está tan frío. Para conseguirlo se usan de la presión ejercida por un sistema de refrigeración con helio líquido (del que tuvieron una fuga hace tiempo y fué la razón por la que se aplazó varios meses su puesta en marcha).

En el LHC sólo se aceleran protones y se hacen colisionar entre sí. A lo largo del circuito hay colocados esos superconductores magnéticos que aceleran el flujo de partículas. Estas pueden alcanzar una velocidad de hasta la necesaria cómo para dar diez vueltas por segundo al circuito (recuerdo que el circuito mide 27km de longitud). Una vez el flujo de protones ya ha colisionado se dejan circular hasta que se desvían por un paso alternativo del circuito hacia una enorme estructura de hormigón donde se detienen. La cantidad de energía que se mueve mientras circulan los protones es equivalente a la necesaria para que un portaviones vaya a 40km/h.

Construir el LHC ha costado 2000 millones de euros. Para los que digan que ese dinero podría emplearse en acabar con la pobreza sabed que es menos de lo que cuesta un submarino nuclear, por ejemplo. Por cada submarino de los ejércitos de los países desarrollados se podría construir un LHC y un poco más, y estos sólo sirven para una cosa: la guerra, mientras que lo que se descubra en el LHC puede ser aplicado en muchos campos de la tecnología que ayuden a nuestro bienestar (incluso en aparatos médicos, entre otros).



-Otro de los objetivos del LHC es encontrar la partícula que explique la energía oscura. Esta energía fue predicha al observar la velocidad de rotación de las estrellas que hay en el borde exterior de las galaxias. Según la fuerza gravitatoria las estrellas del exterior tendrían que girar a una velocidad menor que las de más al centro. No obstante se observa que tanto las estrellas del centro como las del borde exterior giran a la misma velocidad. Esto solo puede explicarse por medio de la existencia de un tipo de energía a la que llaman energía oscura (ya que no emite ningún tipo de radiación que nos permita verla) de la que no saben nada. Sólo saben que debe ocupar un espacio mucho mayor que la galaxia, que es muy pesada y que ocupa más de la mitad del universo. Se cree que es la causante de que la expansión del universo sea exponencial (es decir, que cuanto más se expande más deprisa lo hace), actuando como una especie de antigravedad entre las galaxias.



-Del mismo modo que el universo se expande, si retrocedemos en el tiempo hubo un momento en que toda la materia y energía del universo estaba concentrada en un mismo punto. De este punto surgió el Big bang que dio origen al cosmos. Las condiciones en las que estuvo que estar la materia en los momentos inmediatamente posteriores al Big bang tuvieron que ser especialmente extremas. Todo era energía a altas temperaturas, la cual dio origen a las primeras partículas que debieron de estar muy apretadas entre sí hasta los instantes posteriores. En este momento es cuando la fuerza gravitatoria es apreciable a escala cuántica, de modo que para poder predecir el comportamiento que tuvo que tener la materia en ese momento se necesita una teoría unificada de la relatividad general (que explica la fuerza gravitatoria a gran escala), y la mecánica cuántica (que explica el comportamiento de la materia a muy pequeña escala: a nivel cuántico). Al hacerse colisionar dos partículas como los protones en el LHC se busca reproducir el comportamiento de la materia al colisionar dos partículas elementales entre si. De este modo se pueden reproducir en una mínima fracción las condiciones que tuvieron que sufrir por doquier las partículas de la materia al dar comienzo el universo, concretamente 0’0000000001 segundos después del Big bang (Así que tranquilos, no se va a generar ningún Big bang cómo el de verdad en el LHC. Solo se hacen chocar partículas).



-Otro de los objetivos del acelerador es hallar el bosón de Higgs. Se ha predicho en modelos matemáticos para dar explicación al hecho de que las partículas tengan masa. Se entiende por masa a la resistencia que ofrece al movimiento una partícula. El vacío estaría ocupado por estos bosones de Higgs formando un campo de Higgs, de modo que cuando una partícula está en el espacio atrae bosones Higgs que al unirse a ella generan masa (que se asocia a esa partícula en la medida que se siente atraída por el Higgs).

Se tiene la esperanza de poder disgregar los bosones Higgs asociados a los quarks de los protones cuando estos se hagan colisionar en el acelerador. Este descubrimiento seria una revolución de la física, ya que simplificaría mucho el panorama de las propiedades físicas variopintas de todos los tipos de partículas que hay. Solo se está comenzando a ver la gran cantidad de aplicaciones que podría tener.



-Otro experimento llamado LHCb (en el que ha participado el científico que dio la charla) consiste en dar explicación a la asimetría existente entre la materia y la antimateria. Se sabe que en el origen del universo todo era energia (cómo la luz), y que esta se puede disgregar en un componente de materia y otro exactamente igual pero con signo opuesto: su antipartícula. Al chocar una partícula con su antipartícula se forma de nuevo un fotón en lo que seria el proceso inverso, anulándose. Se ha observado, experimentalmente, que todas las partículas de materia conocidas tienen su correspondiente antipartícula. Estas no son nada más que una partícula corriente con las mismas propiedades que su homóloga de materia pero con el signo opuesto, de modo que se comporta de distinto modo. Al hacer pasar un haz de fotones por una zona polarizada estos se separan en partículas que se van hacia un lado y sus correspondientes antipartículas que se van hacia el otro. El hecho de que la antipartícula de otra partícula tenga el signo opuesto no solo significa que tiene una carga electromagnética opuesta, sino que también tiene signo opuesto en otras propiedades de las partículas, como el spin, etc. De este modo también existe la antipartícula del neutrón, al antineutrón, a pesar de que este no tiene carga eléctrica. Se pueden generar antipartículas de forma relativamente sencilla no sólo en un acelerador. Hay técnicas en las que se utiliza la antimateria: cómo es el caso del PET: Positron Emision Tomography, que consiste en hacer una tomografía (normalmente del cerebro para no afectarlo), inyectando un líquido que contiene positrones (la antipartícula del electrón). Estos al entrar en contacto con los electrones que se encuentran en los átomos del cerebro (estos se concentran sobretodo en las moléculas de azucar, que son especialmente largas y abundantes) se anulan y emiten radiación lumínica. Según los niveles de luz que se emita en cada zona se puede hacer un scanner cerebral. Se usa para saber donde se concentra la actividad del cerebro.

La cuestión es: Si en el origen del universo salió de la energía materia y antimateria por partes iguales ¿porqué se volvió a anular toda la antimateria, quedando solo materia? Se cree que por alguna razón hubo un pequeño excedente de materia frente a la antimateria. Concretamente del orden de mil millones +1 partículas de materia por cada mil millones de antipartículas. De este modo todas las partículas que surgieron al descomponerse la energía se volvieron a anular entre si formando de nuevo energía excepto esta pequeño excedente de materia, que quedó libre y sin rival (no obstante la materia sólo ocupa una pequeñísima parte del universo). Se están haciendo experimentos en función de las hipótesis que se van formulando para con el comportamiento de la materia que debió generar ese excedente para dar una explicación al asunto.



-De paso habló del argumento del libro Ángeles y demonios (del que pronto se estrenará la versión cinematográfica) debido a que trata de unos agentes que roban 0’5 gramos de antimateria del LHC para llevarlo al Vaticano y allí hacer una bomba con eso.

Es cierto que si se tuviera medio gramo de antimateria junta la explosión que generaría al entrar en contacto con la materia seria descomunal. Pero es imposible generar tal cantidad. Lo más que se ha podido generar de antimateria junta en el acelerador es un átomo de hidrógeno formado íntegramente de antimateria (formado por un antiprotón y un positrón). Teniendo en cuenta la cantidad de antimateria que se va generando en el LHC harían falta 10 millones de años para acumular medio gramo y de todos modos esta no se almacena (se tiene circulando durante un tiempo en el acelerador hasta que se elimina) así que ni aún así.



Saludos

Gracias por tu aportación . Debió ser superinteresante ...




PD.- Estooo....por curiosidad... ¿Dejaban hacer preguntas?

sauce escribió:


PD.- Estooo....por curiosidad... ¿Dejaban hacer preguntas?

Sí que dejaban. Yo hize dos preguntas. Si me animo las posteo con las respuestas que me dieron

HOla! Qué interesante. YO leí sobre eso en este libro

http://vagos.wamba.com/showthread.php?t=191074

que me gusta mucho. LO tenemos en bolsillo, en versión grande con fotos y ahora también el de niños (un poco mayorcitos)

http://www.casadellibro.com/libro-una-muy-breve-historia-de-casi-todo/2900001284978

saludos.

Genial el libro