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.
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.
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.
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.
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
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Con su forma simple de describir aclara muchisimo la importancia de eta investigación. Muchas gracias
Buen día doctor Héctor Rago,
Soy estudiante de Ingeniería en Energía de la Universidad Politecnica de Sinaloa, cursando actualmente la materia de física nuclear impartida por el profesor Dr. Eber E. Orozco y debo decir que su post me parece muy interesante debido a que me puede dar una clara idea de como es que funciona y el propósito de un acelerador de partículas con las comparaciones que usted hace y además hace que me interese más en la física nuclear, por lo que estaré checando sus demás posts.
Saludos!
Muchas gracias Sandra, qué amables tus comentarios…
Un abrazo cálido,
H
Hola buenas tardes. Soy estudiante de la universidad politécnica de Sinaloa en la carrera de ingeniería en energía. Las investigaciones de las partículas me parecen que son muy buenas, ya que este tipo de investigaciones aportan demasiado al estudio de la energía nuclear. El Dr. Eber Enrique Orozco (@eberorozco) como maestro de física nuclear, nos muestra la cosas que se pueden hacer con el estudio de partículas. Una pregunta para usted seria ¿Que parámetros dificulta el conocer algunas otras partículas del modelo estándar?
Hola, gracias por escribir(nos). En realidad la energía es lo más importante. Mientra más energía tenga un acelerador, más profundamente estamos hurgando en la realidad. Más posibilidades de encontrar física nueva.
Abrazos cálidos
H
Buena tarde Dr. Héctor Rago, mi nombre es Juan Luis Valdez Estrada, estudiante de la carrera de Ingeniería en Energía de la Universidad Politécnica de Sinaloa, llevo la asignatura de Física Nuclear impartida por el Dr. Eber Enrique Orozco Guillen (@eberorozco), quien amablemente nos pidió escuchar el audio. Me parece interesante la manera en que actualmente se está investigando a las partículas, años atrás escuché sobre el Gran Colisionador de Hadrones, sin embargo en aquel entonces no alcanzaba a entender la razón ni la importancia de dicha investigación hasta ahora que hablamos de ello en la Universidad, es un gran logro el descubrimiento o comprobación de la existencia del bosón de Higgs y para mí esto justifica toda la investigación. Me interesan los resultados de todo esto como futuro Ingeniero en Energía por que sin duda habrá algo que revolucionará la manera de obtención y aprovechamiento de la energía aparte de el principal objetivo que tienen de saber el origen y el futuro de la materia, del universo y validar el Modelo Estándar. Con su explicación me queda claro el funcionamiento, logros y alcances de este gran movimiento de investigación, le agradezco.
Muchas gracias Juan Luis, por tus amables comentarios y por supuesto contentos de que hayamos contribuido a aclarar conceptos.
Abrazos
H
Me parece muy interesante como el estudio de la física nuclear sigue rompiendo barreras en el ámbito de la tecnología y la ciencia, descifrando cada vez con mayor exactitud y fundamentos los secretos de la materia y la energía, lo que nos ha permitido entender cada vez un poco más el universo.
Es claro, que aún hay mucho por aclarar, y existe una gran necesidad y espera de poder aprovechar las aplicaciones que se puedan desarrollar en una gran variedad de campos como lo es en la generación de energía, la infraestructura civil y la medicina, entre otros rubros.
En lo personal, la energía nuclear es uno de los tipos de fuentes energéticas que me parece más interesante debido al futuro que se le espera y a los grandes avances que ha tenido, desgraciadamente el uso de estos tipos de tecnología ha traído muchos accidentes y eventos catastróficos por el uso inconsciente de estas por el hombre.
Mi nombre es Roberto Mayorquin y soy estudiante de Ingeniería en Energía donde estudio el curso de Física Nuclear con el Doctor Eber Orozco donde actualmente estamos comentando e investigando sobre todo tipos de partículas y el decaimiento radiactivo por lo que se nos compartió este artículo para el análisis del mismo.
Muchas gracias Roberto, por tus comentarios, y ojalá nos sigas leyendo y oyendo.
Un abrazo,
H
Es bastante interesante el relativo funcionamiento de estos colisionadores, y más aún el poder identificar las características de sus “escombros” de una manera tan precisa. De igual manera, supongo creo aún falta mucho por descubrir, como una anti-partícula para el bosón de Higgs o una mejor explicación para los comportamientos onda-partícula.
Pedro Antonio Chávez Bejarano
Estudiante en Ing. en Energía
Universidad Politécnica de Sinaloa
Estudiante del Dr. Eber Enrique Orozco Guillen, quien nos recomendó su artículo.
Hola Pedro Antonio, gracias por escribirnos. Y ojalá sigas oyéndonos o leyendonos.
Abrazos,
H
Buenas noches, soy estudiante de la carrera Ingeniería en Energía de la Universidad Politécnica de Sinaloa, este cuatrimestre estudio un el curso de “Física Nuclear”, nuestro profesor Dr. Eber Orozco, el cual fue su alumno, nos pidió revisar este post y comentar algo en él.
Personalmente me parece interesante como el ser humano es capaz de saber muchísimas cosas y desconocer infinidad de ellas, planteando hipótesis y teorías para dar una explicación científica y por supuesto lógica. Con respecto a su post, son datos esenciales para saber como funciona a grandes rasgos un colicionador de partículas, pero mi pregunta es… ¿Usted sabe como se originó el primero? También tengo la duda de ¿Cómo percibían que partículas se encontraban dentro del él y cómo supieron que utilizar para controlar su dirección y acelerarlas? Sinceramente son cosas que aún no me quedan claras, incluso, ¿Cómo logran identificar cada partícula y cómo determinaron cuál partícula era la del Bosón de Higgs? Espero que pueda contestarme mis preguntas, con todo respeto me despido.
Hola Ana, el primero fue esencialmente el tubo de rayos catódicos (ahora sabemos que son electrones.
Los aceleran con campos eléctricos y la dirección la controlan con campos magnéticos.
Le estudian las propiedades en base a las leyes de la física, cómo es curvan en un campo magnético permite hallar la relación carga/masa…y asi.
El Higgs se identificó porque era la partícula que faltaba en el modelo estandar, y las propiedades que tenía lo que consiguieron coincide con las propiedades teóricas del bosón de Higss.
Abrazos,
H
Buenas noches, mi nombre es Alba Marene soy estudiante del séptimo cuatrimestre de la carrera de Ingeniería en Energía en la Universidad Politécnica de Sinaloa, actualmente uno de mis cursos es Física Nuclear donde el Dr. Eber Orozco @eberorozco nos ha encargado como tarea, escuchar su nota, quiero felicitarlo primeramente por la forma simple y concisa con la que a abordado un tema tan amplio. Es una de las razones por las cuales para mí es tan interesante la física, entre mas se aprende, más se da cuenta uno todo lo que hace falta explorar y conocer, inclusive desde el inicio usted lo menciona, la intriga que despierta en el hombre saber de sus orígenes, toda la inversión del colisionador no fue en vano. Me sorprende los alcances del hombre con respecto a estas tecnologías, lograr temperaturas tan bajas, velocidades tan altas, cosas que se podrían pensar impensables donde solo por matemática se podían comprobar, ahora se demuestran por medio de sensores, que maravilla. Gracias otra vez por tan valiosa información.
Muchas gracias Alba, y qué bonita la manera como lo expresaste todo. No pierdas nunca esa pasión y ese gusto por la física.
Gracias de nuevo y un abrazo
H
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