El gran colisionador de hadrones (en inglés Large Hadron Collider o LHC, siglas por las que es generalmente conocido) es un acelerador colisionador de partículas localizado en el CERN, cerca de Ginebra (en la frontera franco-suiza). El LHC se diseñó para colisionar haces de protones de 7 Tev de energía, siendo su propósito principal examinar la validez y límites del Modelo Estándar, el cual es actualmente el marco teórico de la física de partículas, del que se conoce su ruptura a niveles de energía altos. El LHC se convertirá en el acelerador de partículas más grande y energético del mundo.[1] Más de 2000 físicos de 34 países y cientos de universidades y laboratorios han participado en su construcción.
Hoy en día el colisionador se encuentra enfriándose hasta que alcance su temperatura de funcionamiento, que es de 1.9 K (menos de 2 grados sobre el cero absoluto o −271.25 °C). Los primeros haces de partículas fueron inyectados el 1 de agosto de 2008, [2] el primer intento para hacer circular los haces por toda la trayectoria del colisionador se producirá el 10 de septiembre de 2008 [3] mientras que las primeras colisiones a alta energía tendrán lugar después de que el LHC se inaugure de forma oficial el 21 de octubre de 2008.[4]
Teóricamente se espera que, una vez en funcionamiento, se produzca la partícula másica conocida como el bosón de Higgs (a veces llamada "la partícula de Dios"[5] ). La observación de esta partícula confirmaría las predicciones y "enlaces perdidos" del Modelo estándar de la física, pudiéndose explicar cómo adquieren las otras partículas elementales propiedades como su masa.[6] Verificar la existencia del bosón de Higgs sería un paso significativo en la búsqueda de una Teoría de la gran unificación, teoría que pretende unificar tres de las cuatro fuerzas fundamentales conocidas, quedando fuera de ella únicamente la gravedad. Además este bosón podría explicar por qué la gravedad es tan débil comparada con las otras tres fuerzas. Junto al bosón de Higgs también podrían producirse otras nuevas partículas que fueron predichas teóricamente, y para las que se ha planificado su búsqueda,[7] como los strangelets, los micro agujeros negros, el monopolo magnético o las partículas supersimétricas.[8]
El nuevo acelerador usa el túnel de 27 km de circunferencia creado para el Gran Colisionador de Electrones y Positrones (LEP en inglés).
Hoy en día el colisionador se encuentra enfriándose hasta que alcance su temperatura de funcionamiento, que es de 1.9 K (menos de 2 grados sobre el cero absoluto o −271.25 °C). Los primeros haces de partículas fueron inyectados el 1 de agosto de 2008, [2] el primer intento para hacer circular los haces por toda la trayectoria del colisionador se producirá el 10 de septiembre de 2008 [3] mientras que las primeras colisiones a alta energía tendrán lugar después de que el LHC se inaugure de forma oficial el 21 de octubre de 2008.[4]
Teóricamente se espera que, una vez en funcionamiento, se produzca la partícula másica conocida como el bosón de Higgs (a veces llamada "la partícula de Dios"[5] ). La observación de esta partícula confirmaría las predicciones y "enlaces perdidos" del Modelo estándar de la física, pudiéndose explicar cómo adquieren las otras partículas elementales propiedades como su masa.[6] Verificar la existencia del bosón de Higgs sería un paso significativo en la búsqueda de una Teoría de la gran unificación, teoría que pretende unificar tres de las cuatro fuerzas fundamentales conocidas, quedando fuera de ella únicamente la gravedad. Además este bosón podría explicar por qué la gravedad es tan débil comparada con las otras tres fuerzas. Junto al bosón de Higgs también podrían producirse otras nuevas partículas que fueron predichas teóricamente, y para las que se ha planificado su búsqueda,[7] como los strangelets, los micro agujeros negros, el monopolo magnético o las partículas supersimétricas.[8]
El nuevo acelerador usa el túnel de 27 km de circunferencia creado para el Gran Colisionador de Electrones y Positrones (LEP en inglés).
Experimentos
Los protones se acelerarán hasta tener una energía de 7 TeV cada uno (siendo el total de energía de la colisión de 14 TeV). Se están construyendo 5 experimentos para el LHC. Dos de ellos, ATLAS y CMS, son grandes detectores de partículas de propósito general. Los otros tres, LHCb, ALICE y TOTEM, son más pequeños y especializados. El LHC también puede emplearse para hacer colisionar iones pesados tales como plomo (la colisión tendrá una energía de 1150 TeV). Los físicos confían en que el LHC proporcione respuestas a las siguientes cuestiones:
Qué es la masa (se sabe cómo medirla pero no se sabe qué es realmente)
El origen de la masa de las partículas (en particular, si existe el bosón de Higgs)
El origen de la masa de los bariones
Cuántas son las partículas totales del átomo
Por qué tienen las partículas elementales diferentes masas (es decir, si interactúan las partículas con un campo de Higgs)
El 95% de la masa del universo no está hecho de la materia que se conoce y se espera saber qué es la materia oscura
La existencia o no de las partículas supersimétricas
Si hay dimensiones extras, tal como predicen varios modelos inspirados por la Teoría de cuerdas, y, en caso afirmativo, por qué no se han podido percibir
Si hay más violaciones de simetría entre la materia y la antimateria
El LHC es un proyecto de tamaño inmenso y una enorme, y potencialmente peligrosa, tarea de ingeniería. Mientras esté encendido, la energía total almacenada en los imanes es 10 gigajulios y en el haz 725 megajulios. La pérdida de sólo un 10-7 en el haz es suficiente para iniciar un 'quench' (un fenómeno cuántico en el que una parte del superconductor puede perder la superconductividad). En este momento, toda la energía del haz puede disiparse en ese punto, lo que es equivalente a una explosión.
Los protones se acelerarán hasta tener una energía de 7 TeV cada uno (siendo el total de energía de la colisión de 14 TeV). Se están construyendo 5 experimentos para el LHC. Dos de ellos, ATLAS y CMS, son grandes detectores de partículas de propósito general. Los otros tres, LHCb, ALICE y TOTEM, son más pequeños y especializados. El LHC también puede emplearse para hacer colisionar iones pesados tales como plomo (la colisión tendrá una energía de 1150 TeV). Los físicos confían en que el LHC proporcione respuestas a las siguientes cuestiones:
Qué es la masa (se sabe cómo medirla pero no se sabe qué es realmente)
El origen de la masa de las partículas (en particular, si existe el bosón de Higgs)
El origen de la masa de los bariones
Cuántas son las partículas totales del átomo
Por qué tienen las partículas elementales diferentes masas (es decir, si interactúan las partículas con un campo de Higgs)
El 95% de la masa del universo no está hecho de la materia que se conoce y se espera saber qué es la materia oscura
La existencia o no de las partículas supersimétricas
Si hay dimensiones extras, tal como predicen varios modelos inspirados por la Teoría de cuerdas, y, en caso afirmativo, por qué no se han podido percibir
Si hay más violaciones de simetría entre la materia y la antimateria
El LHC es un proyecto de tamaño inmenso y una enorme, y potencialmente peligrosa, tarea de ingeniería. Mientras esté encendido, la energía total almacenada en los imanes es 10 gigajulios y en el haz 725 megajulios. La pérdida de sólo un 10-7 en el haz es suficiente para iniciar un 'quench' (un fenómeno cuántico en el que una parte del superconductor puede perder la superconductividad). En este momento, toda la energía del haz puede disiparse en ese punto, lo que es equivalente a una explosión.
Coste
La construcción del LHC fue aprobada en 1995 con un presupuesto de 2600 millones de Francos suizos (alrededor de 1700 millones de euros), junto con otros 210 millones de francos (140 millones €) destinados a los experimentos. Sin embargo, este coste fue superado en la revisión de 2001 en 480 millones de francos (300 millones de €) en el acelerador, y 50 millones de francos (30m €) más en el apartado para experimentos.[9] Otros 180 millones de francos (120m €) más se han tenido que destinar al incremento de costes de las bobinas magnéticas superconductoras. Y todavía persisten problemas técnicos en la construcción del último tunel bajo tierra donde se emplazará el Solenoide de Muones Compactos (CMS).El presupuesto de la institución aprobado para 2008, es de 660.515.000 euros de los que España aportará el 8,3%, un total de 53.929.422 euros.
Alarmas catastrofistas
Desde que se proyectó el Gran Colisionador Relativista de Iones (RHIC), el estadounidense Walter Wagner y el español Luis Sancho [10] denunciaron ante un tribunal de Hawaii al CERN y al Gobierno de Estados Unidos, afirmado que existe la posibilidad de que su funcionamiento desencadene procesos que, según ellos, serían capaces de provocar la destrucción no solo de la Tierra sino incluso del Universo entero. Sin embargo su postura es rechazada por la comunidad científica, ya que carece de cualquier respaldo matemático que la apoye.
Los procesos catastróficos que denuncian son:
La creación de un agujero negro inestable,
La creación de materia exótica supermasiva, tan estable como la materia ordinaria,
La creación de monopolos magnéticos (previstos en la teoría de la relatividad) que pudieran catalizar el decaimiento del protón,
La activación de la transición a un estado de vacío cuántico.
A este respecto, el CERN ha realizado estudios sobre la posibilidad de que se produzcan acontecimientos desastrosos como microagujeros negros[11] inestables, redes, o disfunciones magnéticas.[12] La conclusión de estos estudios es que "No se encuentran bases fundadas que conduzcan a estas amenazas".[13] [14]
La construcción del LHC fue aprobada en 1995 con un presupuesto de 2600 millones de Francos suizos (alrededor de 1700 millones de euros), junto con otros 210 millones de francos (140 millones €) destinados a los experimentos. Sin embargo, este coste fue superado en la revisión de 2001 en 480 millones de francos (300 millones de €) en el acelerador, y 50 millones de francos (30m €) más en el apartado para experimentos.[9] Otros 180 millones de francos (120m €) más se han tenido que destinar al incremento de costes de las bobinas magnéticas superconductoras. Y todavía persisten problemas técnicos en la construcción del último tunel bajo tierra donde se emplazará el Solenoide de Muones Compactos (CMS).El presupuesto de la institución aprobado para 2008, es de 660.515.000 euros de los que España aportará el 8,3%, un total de 53.929.422 euros.
Alarmas catastrofistas
Desde que se proyectó el Gran Colisionador Relativista de Iones (RHIC), el estadounidense Walter Wagner y el español Luis Sancho [10] denunciaron ante un tribunal de Hawaii al CERN y al Gobierno de Estados Unidos, afirmado que existe la posibilidad de que su funcionamiento desencadene procesos que, según ellos, serían capaces de provocar la destrucción no solo de la Tierra sino incluso del Universo entero. Sin embargo su postura es rechazada por la comunidad científica, ya que carece de cualquier respaldo matemático que la apoye.
Los procesos catastróficos que denuncian son:
La creación de un agujero negro inestable,
La creación de materia exótica supermasiva, tan estable como la materia ordinaria,
La creación de monopolos magnéticos (previstos en la teoría de la relatividad) que pudieran catalizar el decaimiento del protón,
La activación de la transición a un estado de vacío cuántico.
A este respecto, el CERN ha realizado estudios sobre la posibilidad de que se produzcan acontecimientos desastrosos como microagujeros negros[11] inestables, redes, o disfunciones magnéticas.[12] La conclusión de estos estudios es que "No se encuentran bases fundadas que conduzcan a estas amenazas".[13] [14]
Resumiendo:
Nuestro planeta lleva expuesto a fenómenos naturales similares o peores a los que serán producidos en el LHC y, sin embargo, sigue existiendo.
Los rayos cósmicos que alcanzan continuamente la Tierra han producido ya el equivalente a un millón de LHC, y la Tierra sigue existiendo.
El Sol, debido a su tamaño, ha recibido 10.000 veces más y también sigue existiendo.
Considerando que todas las estrellas del universo visible reciben un número equivalente, se alcanzan unos 1031 experimentos como el LHC y aun no se ha observado ningún evento como el postulado por Wagner y Sancho (las estrellas y las galaxias aun existen).
Durante la operación del colisionador de iones pesados relativistas (RHIC) en Brookhaven (EE.UU.) no se ha observado ni un sólo strangelet. La producción de strangelets en el LHC es menos probable que el RHIC, y la experiencia en este acelerador ha validado el argumento de que no se pueden producir strangelets.
Nuestro planeta lleva expuesto a fenómenos naturales similares o peores a los que serán producidos en el LHC y, sin embargo, sigue existiendo.
Los rayos cósmicos que alcanzan continuamente la Tierra han producido ya el equivalente a un millón de LHC, y la Tierra sigue existiendo.
El Sol, debido a su tamaño, ha recibido 10.000 veces más y también sigue existiendo.
Considerando que todas las estrellas del universo visible reciben un número equivalente, se alcanzan unos 1031 experimentos como el LHC y aun no se ha observado ningún evento como el postulado por Wagner y Sancho (las estrellas y las galaxias aun existen).
Durante la operación del colisionador de iones pesados relativistas (RHIC) en Brookhaven (EE.UU.) no se ha observado ni un sólo strangelet. La producción de strangelets en el LHC es menos probable que el RHIC, y la experiencia en este acelerador ha validado el argumento de que no se pueden producir strangelets.
Referencias
↑ Achenbach, Joel (2008-03-01). "The God Particle". National Geographic Magazine. Consultado el 2008-02-25.
↑ Dennis Overbye (29 de julio de 2008). "¡Que comience la ruptura de protones! (El rap ya se ha escrito)". The New York Times.
↑ http://lhc-first-beam.web.cern.ch/lhc-first-beam/Welcome.htmlNota de prensa del CERN, 7 de agosto de 2008
↑ El LHC será presentado el 21 de octubre. Científico ruso. RIA Novosti.
↑ The God Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question?, by Leon Lederman, Dick Teresi, hardcover ISBN 0-395-55849-2, paperback ISBN 0-385-31211-3, Houghton Mifflin Co; (January 1993)
↑ Ellis, John (19 July 2007). "Más allá del modelo estándar con el LHC". Nature 448: 297–301. DOI:10.1038/nature06079. Consultado el 2007-11-24.
↑ I.F. Ginzburg, A. Schiller, “Search for a heavy magnetic monopole at the Fermilab Tevatron and CERN LHC”, Phys. Rev. D57 (1998) 6599-6603, arXiv:hep-ph/9802310; A. Angelis et al., "Formation of Centauro and Strangelets in Nucleus-Nucleus Collisions at the LHC and their Identification by the ALICE Experiment”, arXiv:hep-ph/9908210; G. L. Alberghi, et al., “Searching for micro black holes at LHC”, IFAE 2006, Incontri di Fisica delle Alte Energie (Italian Meeting on High Energy Physics)
↑ T. Lari, "La búsqueda de la supersimetría con los primeros datos de ATLAS".
↑ LHC Cost Review to Completion
↑ http://www.adn.es/mundo/20080402/NWS-0306-LHC-probabilidad-laboratorio-extinguir-tierra.html (PDF)
↑ Dimopoulos, S. and Landsberg, G. Black Holes at the Large Hadron Collider. Phys. Rev. Lett. 87 (2001).
↑ Blaizot, J.-P. et al. Study of Potentially Dangerous Events During Heavy-Ion Collisions at the LHC. (PDF)
↑ Grupo de análisis de seguridad del LHC. Revisión de la seguridad de las colisiones en el LHC. (en inglés)
↑ Resumen en castellano
↑ Achenbach, Joel (2008-03-01). "The God Particle". National Geographic Magazine. Consultado el 2008-02-25.
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↑ LHC Cost Review to Completion
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↑ Grupo de análisis de seguridad del LHC. Revisión de la seguridad de las colisiones en el LHC. (en inglés)
↑ Resumen en castellano
