Big bang

Nuevo acelerador debe reconstruir Big Bang en la tierra

El enorme acelerador de partículas LHC es un gran éxito, pero el ambicioso experimento no ha encontrado materia oscura. Los investigadores van a construir una máquina que puede hacer que las partículas colisionen para causar una gran explosión.

El gran detector CMS es uno de los cuatro detectores del LHC. En 2012 se descubrió la partícula de Higgs aquí.

© CERN

Un paquete de protones espera una muerte cruel. Los investigadores están bombeando más y más energía hacia el haz con ondas de radio, que disparan a través del tubo estrecho a casi la velocidad de la luz.

En otro tubo, a pocos centímetros de distancia, un paquete idéntico se balancea hacia el otro lado.

Cuando los rayos pasan a través de detectores grandes, los físicos hacen que choquen de frente con una fuerza que ninguna otra máquina en la tierra puede entregar.

Los protones se pulverizan y los detectores ahora intentan identificar qué partículas nuevas y exóticas podrían haberse creado en la nube de los protones destrozados.

Los físicos del CERN, el laboratorio europeo de física nuclear y de partículas, han estado estudiando los componentes más pequeños del universo durante décadas.

Han estado usando el acelerador LHC desde 2009, lo que fue un gran éxito en muchos sentidos, pero en un punto crucial, incluso falta el acelerador de partículas más grande que existe.

En busca de la misteriosa materia oscura

Cuando comenzaron las pruebas, los físicos esperaban que las colisiones altamente ricas en energía en el LHC crearan materia oscura que los astrónomos necesitan para explicar cómo las galaxias pueden rotar tan rápidamente sin mover sus estrellas en todas las direcciones.

Pero las partículas oscuras no aparecieron, y ahora el CERN, junto con 70 instituciones de investigación de todo el mundo, va a construir el Accelerator Future Circular Collider (FCC).

Esta gigantesca máquina tendrá una circunferencia de 100 kilómetros y puede hacer que los protones choquen con siete veces la potencia del LHC.

El gran CMS es uno de los cuatro detectores del LHC. En 2012, descubrió en parte la partícula de Higgs.

Los gemelos salvan la gran teoría

Cuando los investigadores con el LHC encontraron la partícula de Higgs en 2012, fue un gran descubrimiento. La existencia de la partícula es la prueba definitiva de que la teoría física más extensa y exitosa de todas, el modelo estándar, es correcta. Este modelo es una descripción general de las partículas elementales, de las cuales hay dos tipos: bloques de construcción atómicos y partículas de transferencia de energía.

Entre los bloques de construcción atómicos hay 12 partículas: seis quarks, tres electrones y tres neutrinos. Con estos ingredientes básicos, se pueden producir todos los átomos en el universo. Además, el modelo describe tres de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza: la fuerza electromagnética y las fuerzas nucleares fuertes y débiles, cada una de las cuales tiene su propia partícula de poder.

El fotón, la partícula transmisora ​​de fuerza de la fuerza electromagnética, es la más conocida. Pero los científicos aún no han logrado encontrar una partícula de fuerza que propague la cuarta fuerza, la gravedad.

Es por eso que los físicos desarrollaron teorías gravitacionales cuánticas en las que las masas de cuerpos se atraen entre sí mediante el intercambio de gravitones. Pero esta teoría solo es matemáticamente correcta si cada partícula elemental tiene gemelos invisibles.

Esto significa que los bloques de construcción atómicos del modelo estándar, como los quarks, deben tener un gemelo transmisor de fuerza, mientras que las partículas de fuerza deben tener un bloque de construcción atómico como compañero; para un fotón que es un fotino.

Esas partículas gemelas esperaban encontrar físicos con el LHC. Eso no solo conduciría a una teoría que pueda explicar todos los fenómenos cósmicos, sino que también sea una prueba de que existe la materia oscura, con la cual los astrónomos resolverían un problema importante.

No saben qué hace que las estrellas giren tan fuerte alrededor del centro de la Vía Láctea sin salir de la curva, a menos que la gravedad de la materia oscura las sostenga.

LHC carece de poder

Masa y energía son dos lados de la misma cosa. Cuanto más pesadas son las partículas, mayor es su energía y, por lo tanto, la masa de partículas a menudo se mide en la unidad de energía giga-electronvoltio (GeV).

Después de analizar miles de millones de colisiones de protones en el LHC, parece que las partículas gemelas deben tener una masa de al menos 1-2000 GeV. Pero cuanto más pesadas son las partículas, más energía se necesita para producirlas en los aceleradores.

No está claro si el LHC puede producir partículas tan pesadas: la partícula de Higgs solo pesa 125 GeV. Por lo tanto, se necesita un acelerador nuevo y mucho más grande que pueda entregar mucha más energía.

Higgs merece más estudio

El acelerador de la FCC no se completará hasta 2035, pero el CERN ya ha establecido un grupo de proyectos para diseñar el diseño del whopper.

Se conocen pocos detalles sobre el proyecto, pero según el líder del grupo del proyecto, Frank Zimmermann, dos aceleradores diferentes probablemente ingresarán al túnel de 100 kilómetros de largo.

Puede leer por qué ese es el plan en Science in Focus 9-2018. También explicamos cómo los científicos quieren descubrir qué es la materia oscura si nuestros dispositivos no pueden detectarla.

Video: "El LHC: La máquina del Big Bang" III Conferencia Internacional de Cultura Científica (Diciembre 2019).

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