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El gran coalicionador de hadrones vuelve a funcionar
Entre el Big Bang y la Partícula de Dios
En el año 2008 se puso en marcha el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), proyecto en el que trabajan más de 2000 físicos de 34 países. Nuestra Facultad participa con el equipo liderado por la Dra. María Teresa Dova, quien nos adelanta que tras dos años de pausa vuelve a estar en marcha el LHC

En el año 2008 se puso en marcha el proyecto científico-tecnológico, acaso, el más importante en la historia de la humanidad: el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). En efecto, la organización europea para la investigación nuclear, el CERN, construyó un gigantesco laboratorio experimental en la frontera franco - suiza, utilizando un túnel de 27 Km. de circunferencia para el acelerador de partículas. Allí confluyen más de 2000 físicos de 34 países y cientos de universidades y laboratorios, donde la UNLP participa a través de nuestra Facultad con el equipo liderado por la Dra. María Teresa Dova.

Recordemos que el LHC, reveló en 2012, el Bosón de Higgs; que ayudó a explicar cómo los objetos tienen masa. La novedad en este momento es que el Gran Colisionador de Hadrones tras dos años de pausa vuelve a estar en marcha.

 

La Dra. María Teresa Dova repasa algunos conceptos para definir y hablar de la importancia del LHC.

Quizás lo primero que habría que presentar es por qué construimos una Gran Colisionador de Hadrones, y entonces la manera que tenemos los físicos experimentales de preguntar a la naturaleza es con experimentos. No siempre la respuesta de la naturaleza es lo que esperábamos, no siempre es lo que pensábamos, pero la única manera de preguntarle es con experimentos. Y ahí entonces entran los físicos de altas energías, que es nuestra especialidad, que tiene objetivos muy simples pero muy fundamentales. Porque se trata de entender la estructura más profunda de la materia. Entender los bloques y las partículas fundamentales, y entender las fuerzas que hicieron que estas partículas se unan, que le den forma al universo tal como lo conocemos.

Para poder penetrar muy profundamente en la materia necesitamos generar muy altas energías, necesitamos de alguna manera partículas muy energéticas que puedan probar distancias muy pequeñas en el interior de la materia. Y para eso hay que construir aceleradores de partículas. Por ejemplo un protón, es un constituyente del átomo, el núcleo del átomo de hidrógeno. Esas partículas se aceleran en un acelerador hasta alcanzar velocidades muy próximas a la velocidad de la luz y las más altas energías nunca jamás antes alcanzadas por un instrumento en la tierra hecho por el hombre.

Entonces con esas altas energías probamos las distancias pequeñas, la estructura más profunda de la materia y lo que es interesante es que al producir estas enormes energías en un laboratorio y en una pequeñísima microscópica región del espacio estamos reproduciendo las condiciones que estuvieron presentes en nuestro universo primitivo. En realidad en fracciones de segundos después del Big Bang.

La tecnología hoy nos alcanza para llegar hasta una 10^(-12) segundos después del Big Bang (es decir 0,000000000001 segundos). Entonces en principio, eso creo que es algo también para aclarar, porque a veces dicen ustedes "reproducen el Big Bang". No!, el Big Bang es lo que dio nacimiento al espacio tiempo. Nosotros no reproducimos el Big Bang, sino las condiciones que estuvieron presentes en ese universo primitivo.

Tenemos que pensar que era un universo muy pequeño, el universo se expandió y se enfrió. Un universo muy pequeño y extremadamente energético, muy caliente, con altísimas temperaturas. Y eso es lo que nosotros reproducimos en pequeñísima escala.

 

La importancia de la "Partícula de Higgs"

 

En el año 2012, el LHC reveló el Bosón de Higgs. Este especial revelamiento hizo que Peter Higgs ganara un año más tarde el Premio Nóbel de Física, por el descubrimiento teórico de un mecanismo que contribuye a nuestra comprensión del origen de la masa de las partículas subatómicas. La Dra. María Teresa Dova nos habla respecto de las distintas etapas del Gran Colisionador y lo que se espera en esta nueva fase de funcionamiento.

Lo que no dijimos quizás todavía es que este Gran Colisionador de Hadrones y los detectores asociados, estas cámaras fotográficas que colectan todas las partículas que se producen tuvo ya una Fase 1 de funcionamiento que fue en los años 2011 y 2012 fundamentalmente, paró a principios de 2013 para las mejoras y para aumentar la energía y la potencia del acelerador. Pero lo que no dijimos es que fue realmente un experimento que llevó dos años pero súper exitoso. No nos olvidemos que se descubrió el famoso "bosón de Higgs" buscado por décadas y décadas en distintos experimentos que motivó también el Premio Nóbel del 2013.

Esta partícula está asociada al concepto de cómo las partículas fundamentales, estos bloques fundamentales de lo que está hecha toda la materia que vemos. Haber descubierto esta partícula nos da la posibilidad de entender el mecanismo por el cual las partículas adquieren masas. La masa es un concepto tan común, todo el mundo sabe, dice esto tiene una masa de tantos kilogramos. Es un concepto que pareciera obvio. Sin embargo no sabía cómo las partículas fundamentales, cuando digo partículas fundamentales hablo por ejemplo del electrón, cómo esa partícula adquirió masa. ¿Es la masa una propiedad intrínseca de la partícula o es una propiedad adquirida por la partícula?

Y justamente el descubrimiento de esta partícula nos permitió entender que la masa no es una propiedad intrínseca de las partículas sino efectivamente una propiedad adquirida.

Para entenderlo podemos pensarlo como que cuando se produce el Big Bang y tenemos allí todo una sopa de partículas fundamentales que se generan, estas partículas eran todas sin masa, todas como el fotón que es el cuanto de la luz, que se mueve siempre a la velocidad de la luz y no tiene masa. El universo se empieza a expandir, se empieza a enfriar y en un momento ocurre una transición de fase. Todos tenemos seguramente presente la transición de fase de agua-hielo; bajamos la temperatura, el agua cambio de estado pasó a hielo. Pero esta transición de fase ocurre en la propia fábrica del espacio tiempo del universo.

En ese momento, reacciones segundos después del Big Bang, ocurre esta transición de fase. El universo se llena de un campo de fuerza que es este campo de Higgs; las partículas interactúan con ese campo, ganan energía y es esa energía la masa de las partículas. ¿Cómo sabemos que existe un campo de Higgs? El campo de Higgs es invisible, un campo no se ve, como cuando hablamos de campo gravitatorio que nos mantiene acá pegados al piso pero no lo vemos.

La manera que tenemos de saber que ese campo de Higgs existe es encontrar la partícula asociada al campo. En todas estas teorías que nos describen este mundo de la mecánica cuántica y la relatividad sabemos que cada partícula tiene asociada un campo, cada campo tiene asociado una partícula. Si existe el campo de Higgs debe existir la partícula asociada y esas partículas fuimos capaces de producirlas porque estamos reproduciendo las condiciones del universo primitivo en el momento en donde el Higgs se producía seguramente muy cerquita del momento cero.

Entonces hemos podido producir, generar esta partícula que no está en nuestro universo frío de hoy. Ese descubrimiento es un descubrimiento histórico y me gusta siempre contarlo porque es lo más importante que pasó sin dudas en mi vida profesional y en la vida de todos los físicos de altas energías. No es una partícula más. No es una más en las distintas capas de la materia; no es una más asociada a la fuerza como hablábamos recién refiriéndonos al fotón del cuanto de la luz; sino que es una partícula que nos permite entender cómo todas las otras partículas adquieren masa. Aparte es único en su especia por sus características y demás. Así que ese fue un momento triunfal de este experimento y un honor para parte de los argentinos que trabajamos en este experimento que se llama ATLAS que es uno de los detectores del Gran Colisionador de Hadrones; está el grupo de la Universidad de Buenos Aires y nuestro grupo del Instituto de Física de La Plata que tiene doble dependencia; de la Universidad y el CONICET.

 

¿Cómo es la participación de la Facultad de Ciencias Exactas en el proyecto. Y el nivel de integración de los estudiantes participantes?

 

Yo hice un postdoctorado hace como 20 años en el CERN y allí ya empecé con esta idea de "qué fantástico sería que Argentina pudiera ser parte de un experimento"; y después, cuando regresé tuve todo el apoyo de los físicos teóricos de altas energías del Departamento de Física, extraordinarios profesores que me apoyaron y me impulsaron para seguir con este proyecto y este sueño.

En el 2006, después de un esfuerzo conjunto que hice con mis colegas de Buenos Aires, Argentina, finalmente, entró en el experimento ATLAS. En eso hay que tener en cuenta que no es solamente el aporte de los científicos; también es necesario el aporte institucional y nosotros tuvimos el aporte de parte del Ministerio de Ciencia y Tecnología que realmente fue muy importante.

Por otra parte, quiero decir, que tengo muchos años de docente y hay algo que siempre me gusta destacar y es el "altísimo nivel que tienen nuestros estudiantes". Nosotros lo vemos cuando nuestros estudiantes van al laboratorio CERN e interactúan con colegas y estudiantes de otras universidades. Nuestros estudiantes no sólo no desentonan sino que muchas veces se destacan frente a estudiantes de otras universidades. Así que creo que eso es algo para destacar; que la formación, al menos en el campo de la física que es lo que conozco muy de cerca, es realmente excelente en la Universidad Nacional de La Plata.

 

 

El Gran Colisionador se puso en marcha nuevamente, se viene una segunda etapa de la cual también van a participar. ¿Qué se busca en la misma?

 

La segunda etapa se corresponde con casi el doble de energía en las colisiones y una intensidad todavía más importante de la que tuvimos en la primera etapa; y justamente hace un par de fines de semanas atrás, circularon por primer vez haces de protones a las energías, a las que vamos a tener después las colisiones. Todavía no tenemos las colisiones, definimos el inicio de la era de la nueva física, digamos en el momento en que empezamos a tener colisiones; pero ya los haces han sido acelerados en este acelerador hasta estas energías que son el doble.

Esta inyección de protones es por periodos. Esto tiene como una vida media, diez, doce horas, finalizado ese tiempo hay que volver a inyectar y volver a acelerar y ese es el tiempo de vida del haz de alguna manera. Constantemente se inyectan, se aceleran y después cuando tenemos las colisiones se va despoblando y hay que volver a inyectar.

Ahora empieza una nueva era que tiene que ver con la era de la física del Higgs. Hace dos años ni siquiera sabíamos que esta partícula existía y hoy no sólo existe sino que se cerró un capítulo en el libro de la física. Se abre un nuevo capítulo que tiene que ver con la física del Higgs y hay todavía muchísimas preguntas sin responder; una de ellas, que es esperamos tener la respuesta en esta Fase 2 del LHC, y sino habrá que seguir buscando, tiene que ver con lo que se llama la materia oscura. Entender la estructura de la materia, las fuerzas que dieron formas a nuestro universo, siempre estamos hablando de lo que sería la materia visible, la materia que podemos ver en el universo. Y eso es solamente un 4% del total de la materia que compone el universo. Hay una parte de cómo un 27% que sabemos que existe como materia en el universo por el efecto que tiene en el movimiento de las estrellas, de galaxias, pero no sabemos de qué esta hecho. No está hecha de lo mismo que estamos hechos nosotros.

 

 

Actualizado el 07/05/2015