"Experimento del siglo", tras claves del universo

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El telescopio que construyera Galileo a fines del siglo XVI tenía la potencia de cualquier par de binoculares y, no obstante, bastó para abrir un nuevo mundo.

Con aquel sencillo instrumento, Galileo pudo ver que Júpiter tiene cuatro lunas y que hay manchas en el Sol, lo cual le llevó a la conclusión de que nuestra estrella giraba y de que el Sol, y no la Tierra, ocupa el centro del sistema. Conforme la humanidad comenzó a construir mejores telescopios, nos fuimos percatando de un extenso universo repleto de objetos extraños (pulsares, quasares, agujeros negros). Despues, con el advenimiento del microscopio descubrimos el vasto mundo de microbios tan pequeños que miles de ellos cabrían en el punto final de esta oración. A la larga, ese mundo abarcó también la genética, la microbiología, la virología y mundos inimaginables que son centenares de veces más pequeños: ¡los átomos!

Para explicar el comportamiento de los átomos, los científicos tuvieron que inventar la teoría cuántica, la cual dio origen a los semiconductores y un sinnúmero de tecnologías que impulsaron el grueso de la actividad económica del siglo XX. Así de poderosa es una herramienta. Hoy día, el mundo científico es testigo del nacimiento de un nuevo instrumento, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés). Se espera que permita amplificar las propiedades de los objetos por el factor más grande en la historia de la física.

El LHC es un acelerador de partículas: un monstruoso túnel subterráneo con un radio de 4,3 km instalado en la Organización Europea para Investigación Nuclear, situada cerca de Ginebra. En el interior del túnel hay imanes superconductores que impulsan protones alrededor de un anillo donde un enorme voltaje los acelera hasta adquirir una sorprendente cantidad de energía.

Próximamente, los técnicos harán chocar protones de alta energía haciendo que se fracturen en miles de partículas más pequeñas cuyas vidas, breves y violentas, quedarán registradas en detectores cercanos.

¿Qué verán con el LHC?

El alcance y la sensibilidad del aparato bien podría desvelar un nuevo universo en el siglo XXI. ¿Qué tipo de universo? Cinco siglos de retrospección permiten enumerar las implicaciones del telescopio de Galileo, mas no tenemos esa posibilidad con el LHC, que ha tenido un costo de $8 000 millones.

La complejidad ha sido la peor pesadilla de los físicos modernos. Cuanto más cerca miramos, más inmanejable se vuelve el mundo físico. Durante buena parte del último siglo, los físicos han tratado de encontrar una teoría sencilla y hermosa y descubierto, a cambio, que el universo es una proliferación de partículas y una maraña de fuerzas que no parecen encajar de manera coherente. Lo que necesitamos es una teoría para todo. Nadie pretende que el LHC pueda ofrecer, mágicamente, una teoría universal, pero al menos se espera que ayude a poner un poco de orden.

El LHC nos permitirá retroceder a los inicios y vislumbrar el universo en el momento mismo de su concepción.

La única teoría viable (hasta ahora) es que el universo nació hace 13,7 mil millones de años debido a una explosión cósmica conocida como el Big Bang, la cual creó el tiempo y el espacio. En aquel primer instante, todo lo que conocemos hoy -toda la materia y la energía- quedó comprimido en un volumen inconcebiblemente pequeño. Sin embargo, al tiempo que el naciente universo comenzó a expandirse y enfriarse formando estrellas y galaxias, el reino de lo pequeño y lo grande se escindió, y así se comenzó a complicar.

Para desentrañar los principios subyacentes al universo, hay que retroceder al momento del Big Bang. Por desgracia, eso es tan fácil como entrevistar a Isaac Newton. Así que la mejor alternativa es el LHC, que nos permitirá reproducir algunas de las condiciones de los primeros instantes del universo.

No todas al mismo tiempo, pero sí las suficientes para entender mejor los procesos por los cuales chocaron y se fusionaron las primeras partículas formando los núcleos y átomos que conforman nuestro Sol y sus planetas. Con la recreación de las condiciones del universo momentos después del Big Bang, el LHC nos ayudará a desarrollar una descripción coherente del universo. (GJR)

Las incógnitas

¿Por qué hay tantas partículas? Hasta ahora hay prueba de que los átomos no son las partículas más pequeñas del universo, sino son los quarks y leptones. Pero también hay neutrinos, muones y partículas W, Z y muchas más. Bajo esta complejidad los científicos esperan encontrar oculta un hermosa simplicidad. El LHC podría permitir encontrar un patrón simple.

¿Qué mantiene unido al universo? La gravedad es la fuerza que nos permite caminar en el suelo, pero es solo una de las cuatro leyes que operan en el universo. Lo que enloquece a los científicos es que las cuatro fuerzas no se mezclan. Varias se pueden unir pero una siempre hecha al traste la unión: la gravedad. Según la teoría cuántica, la fuerza entre dos objetos (de atracción o repulsión) requiere del intercambio de una partícula "portadora de fuerzas". Imagine a dos patinadores en hielo jugando a la pelota. Cuando uno lanza el esférico, se aparta del otro y viceversa. Lo mismo ocurre con la atracción: ahora, los dos patinadores están parados de espaldas. Uno lanza con fuerza una pelota suave y elástica hacia lo alto de su pared. El esférico rebota y cae en su mano. ¡Sorpresa! ¡Ahora se acercan! La pelota (partícula portadora de fuerza) se denomina bosón y hay un bosón para cada tipo de fuerza. El LHC podría permitir entender mejor la teoría de la gravedad de Einstein, aunque habrá de hacerse de manera indirecta. Es decir, tendremos que observar muchos otros fenómenos relacionados.

¿Cuál es la "Partícula de Dios" o divina? Hay que observar un bosón específico, el llamado Higgs. Este representa la masa de otras partículas. Hay que visualizar al Higgs como una extensión de fango. Cuando camina en el barro, se mueve más despacio, como si su peso hubiera aumentado. Del mismo modo, la presencia de un bosón Higgs haría que la partícula fuera más pesada. Por motivos demasiado complejos para explicarlos aquí, el Higgs se encuentra dentro del campo de LHC, así que es factible que se descubra muy pronto. Y su hallazgo servirá para desvelar muchos misterios. Es por eso que algunas personas han dado en llamarlo la "Partícula de Dios".

¿Cuál es la utilidad de un colisionador para resolver estos misterios? El LHC fue construido para provocar colisiones entre partículas y brindar a los físicos una imagen de los despojos resultantes. Las partículas están relacionadas con campos de fuerza; esto significa que si usted encuentra una partícula (como el bosón Higgs) habrá encontrado también el campo de fuerza relacionado (el campo Higgs). Si el nivel de energía del colisionador es suficientemente alto (como el del LHC, por ahora), las colisiones producirán partículas mucho más masivas y esto incrementa la probabilidad de que, entre los millones de colisiones, el LHC produzca un bosón Higgs. Si el fenómeno se repite 10 ó 20 veces, ¡el mundo entero se regocijará!

¿Cómo contribuirá el LHC para identificar la energía oscura? La energía oscura tiene una propiedad muy superior a la de simplemente pasmar a los astrofísicos. La energía oscura se suma a la cantidad de energía total del universo, la cual compensa la curvatura provocada por la materia (Einstein nos dijo que la materia hace que el espacio se curve, pero si se logra el equilibrio entre energía y materia se pierde la curvatura y el universo se vuelve plano). Empero, como otros tipos de energía, la energía oscura quizá tenga una partícula asociada: una "partícula de energía oscura" y, como el LHC fue diseñado para buscar partículas, es concebible que encuentre una partícula de energía oscura (si la hay).

¿De qué está compuesta la materia oscura? Han postulado muchos candidatos. ¿Podrían ser pequeñas estrellas muertas que no emiten luz? ¿Agujeros negros? Hasta ahora se desconoce el origen de la materia oscura. No obstante, de no ser por la materia oscura, no se habrían formado las galaxias y no existiríamos.

Físicos y matemáticos analizan el LHC

Es la respuesta de nuestra civilización a las pirámides de Egipto

Como proyecto, es magnífico, me gustaría decir que es la respuesta de nuestra civilización a las pirámides de Egipto, pero mucho mejor porque es conducida por la curiosidad más que por la superstición, y construida en colaboración, no por una orden. Nosotros no sabemos en qué consiste el océano. El LHC (el Gran Colisionador de Hadrones, en Ginebra) descubrirá qué es eso. Ese es un logro mínimo. Pero yo espero mucho más que eso. Tenemos la descripción del mundo que es potencialmente magnífica y hermosa, en parte, pero que le faltan piezas. Si no existe una nueva partícula, tendremos que olvidar mucho de lo que sabemos.
Frank Wilczek, Premio Nobel 2004

Habrá menos espacio para la religión y un diseñador inteligente

Conforme lo explica la ciencia cada vez más y más, existe cada vez menos y menos necesidad para las explicaciones religiosas. Si nosotros conjuntamos algo como una teoría final en la cual se expliquen todas las fuerzas y las partículas, y esa teoría también ilumina el origen del Big Bang y nos da una imagen consistente de cosmología, habrá un poco menos que explique la religión. Pero la religión evolucionó junto con la ciencia y el ser humano. Es algo creado por nosotros y, conforme los seres humanos aprenden más, su religión cambia. Cuanto más descubrimos del universo, menos son las señales que vemos de un diseñador inteligente. Sería interesante ver si ocurre.
Steven Weinberg, Premio Nobel 1979

Podría haber una posible evidencia de una cuarta dimensión

El LHC puede proporcionar evidencia de más de tres dimensiones de espacio. Una de las maneras en que hemos formulado la teoría de cuerdas en los últimos cinco o 10 años sugiere que lo siguiente podría ocurrir en el LHC. Al incrustar un protón contra otro protón que viaja en dirección opuesta a la velocidad de la luz. Y hay literalmente billones de protones moviéndose alrededor del LHC. Lo que podría ocurrir es que habrá ciertos desechos creados en la colisión que se lanzan fuera de nuestras tres dimensiones de espacio hacia un espacio dimensional más alto, dimensiones a las cuales no tenemos acceso directo. Una supersimetría.
Brian Greene, teórico de cuerdas

El mundo no se acabará cuando se encienda el LHC

El Gran Colisionador de Hadrones nos permitirá estudiar las colisiones de partículas a energías tres veces mayores que los anteriores aceleradores. Ha habido una historia de que podría crear un microhoyo negro que se tragaría a la Tierra, esto es poco probable, y si se crea un microhoyo se evaporaría de nuevo, produciendo un patrón característico de partículas. Mayores energías ocurren millones de veces al día en la atmósfera de la Tierra y nada terrible sucede. El mundo no se acabará cuando se encienda el LHC. El acelerador de partículas es débil en comparación con lo que pasa en el universo. Si fuera a ocurrir un desastre, ya habría sucedido.
Stephen Hawking, matemático

1609
Galileo mejora los primeros telescópios y ayuda a invalidar la idea
de que la Tierra era el centro del Universo.

1687
Sir Isaac Newton publica su teoría de la gravedad y las leyes del
movimiento

1921
Albert Einstein recibe el Premio Nobel por su teoría de la relatividad

1927
Georges Lemaitre propone un modelo del nacimiento universal que luego se le llamó teoría del Big Bang

1929
Ernest Lawrence construye el primer acelerador de partículas de solo 10 cm de diámetro

1929
Edwin Hubble observa que las galaxias más allá de la Vía Láctea se están separando una de la otra a una velocidad increíble

1931
Karl Guthe descubre, al construir un telescópio de radio, que hay ondas radioeléctricas cósmicas que emanan desde más allá de nuestro
sistema

1945
Las primeras armas nucleares, creadas por físicos para los EEUU, son
detonadas sobre Hiroshima y Nagasaki (Japón)

1981
Alan Guth propone que la expansión del universo, después de la gran explosión, se debió a una fuerza gravitacional repelente

1988
Habiendo descubierto la radiación entre los hoyos negros, Stephen Hawkin publica A Brief History of Time (Breve historia del tiempo)

Hora GMT: 14/Septiembre/2008 - 05:02