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TRITURADORES DE PARTÍCULAS

Héctor Rago

En una de las máquinas más grandes y más sofisticadas construida por la humanidad viaja un haz de protones a una velocidad formidable, cercana a la de la luz. Súbitamente se le hace chocar con otro haz que viaja en sentido contrario, y durante un brevísimo lapso en una región muy pequeña del espacio se han creado las condiciones reinantes en el universo cuando apenas había transcurrido la milmillonésima parte de un segundo después del Big Bang.

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Develar la estructura íntima de la materia, saber de qué está hecho el universo, las galaxias, las estrellas, los seres humanos, los océanos y las computadoras ha sido una ambición persistente de la humanidad. Un acelerador de partículas es un dispositivo que permite imprimirle a partículas cargadas como electrones o protones una alta velocidad y usarlos como proyectiles para bombardear la materia o hacerlos chocar entre ellos y ver lo que resulta de la colisión. A partir de los restos, tratar de inferir las propiedades y las leyes a las menores escalas posibles.

La lógica subyacente al estudio de la materia en los aceleradores no difiere de la de quien desbarata a martillazos un reloj para con los pedazos resultantes, desentrañar su mecanismo.
De esa manera pudo Rutherford en 1911 bombardeando placas de oro, descubrir que casi toda la masa del átomo estaba muy concentrada en lo que hoy llamamos el núcleo atómico.

En los aceleradores las partículas con carga eléctrica como electrones o protones se someten a intensos campos eléctricos producidas por placas cargadas, que las impulsan a velocidades cada vez mayores. Una serie de imanes permite controlar su dirección y mantener alineado el haz. Este sistema es esencialmente el mismo de un televisor: en un tubo al vacío viajan electrones y los campos magnéticos los obligan a chocar en puntos precisos de una pantalla fluorescente para producir las imágenes.
El primer acelerador circular, el ciclotrón fue diseñado por Ernst Lawrence en 1929 y entró en funcionamiento en 1939, año en el que ganó el premio Nobel. Fue apagado en 1962.

Mientras más potente sea un acelerador, y más velocidad logre imprimirle a las partículas, podemos indagar a distancias menores y saber de la estructura de la materia a niveles más profundos. En los años 70´s y 80´s el vaivén entre los modelos teóricos y los datos provenientes de los aceleradores permitieron elaborar el Modelo Estándar, capaz de proveer una razonable explicación de la materia y sus interacciones hasta las energías exploradas hasta ahora. Las predicciones del Modelo Estándar se han verificado de manera precisa.

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Naturalmente, mayores energías significa mejoras tecnológicas, mayores inversiones financieras y mayores recursos en computación y manejo de datos. Por eso los grandes aceleradores son construidos por consorcios de varios países. El más potente hasta ahora, el LHC o Large Hadron Collider o Gran colisionador de Hadrones, en la frontera entre Suiza y Francia. En el LHC se descubrió en 2012 el bosón de Higgs, el santo grial de las partículas predichas por el Modelo Estándar.

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En el gigantesco acelerador participan alrededor de 10.000 físicos e ingenieros de más de 80 países y de varios cientos de universidades alrededor del mundo. Todo un prodigio tecnológico, en un túnel circular de 27 Km. de circunferencia, con un vacío mayor que en el espacio intergaláctico. Los imanes que controlan la trayectoria de los haces de protones deben ser enfriados a 1,9ºK (la temperatura más baja del universo es 2,73ºK, que es la temperatura asociada con la radiación de microondas que plena el universo). Los protones se aceleran hasta que alcanzan velocidades del 99,999999% de la velocidad de la luz. Recorren los 27Kms. del túnel circular 11.000 veces cada segundo.
Alcanzada la energía precisa, se hace chocar con un haz que viaja en sentido contrario. Los detectores se encargan de recabar los productos de la formidable colisión.

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Puesto que energía y temperatura están relacionadas, en el instante del choque, en la pequeña región la temperatura resulta ser la que tenía el universo en sus primerísimos instantes.
Conocer las intimidades de la materia, y las leyes implacables que la gobiernan, contribuirá a despejar incógnitas del universo, su origen y su destino.

Nota
En el audio de este programa se escuchan
1.- La Cabalgata de la Walkirias – Richard Wagner
2.- Rolling in the Deep- Adele Versión Simply Three
3.- Viaje al centro de la Tierra – Rick Wakeman