Este fin de semana puesta en marcha del LHC

LHC - Parte definitivamente en una semana

El LHC comienza su funcionamiento la proxima semana,

La Supersimetría frente al Modelo Estándar: Lo que descubrirá el LHC

 

 

En medio de gran pompa y ceremonia, y algún que otro rumor de que el fin del mundo estaba cerca, el Large Hadron Collider (LHC), el acelerador de partículas más poderoso del mundo, se puso en marcha en septiembre del año pasado. Nueve días más tarde un cortocircuito y una pérdida catastrófica de helio líquido ignominiosamente apagó la máquina.

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Cualquier día, si todo va según lo previsto, los haces de protones empezarán a correr dando la vuelta al anillo muy por debajo del CERN, el hogar del LHC, en las afueras de Ginebra, Suiza.

El laureado Nobel Steven Weinberg está preocupado. No es que piense que el LHC vaya a crear un agujero negro que se trague el planeta, o incluso que dicho reinicio pueda terminar en otro fracaso técnico, como el año pasado. No, lo que realmente le preocupa del LHC es que encuentre lo que algunos llaman la "partícula de Dios", un sobrenombre vergonzosamente grandioso para el bosón de Higgs, que hasta ahora no ha sido detectado.

 

"Estoy aterrorizado," dice. "Descubrir el bosón de Higgs, eso sí que sería realmente una crisis".

¿Por qué? La evidencia del bosón de Higgs sería la culminación de un edificio que los físicos de partículas han estado construyendo durante medio siglo, la exitosa y fenomenal teoría conocida simplemente como el modelo estándar. En él se describen todas las partículas conocidas, así como tres de las cuatro fuerzas que actúan sobre ellos: el electromagnetismo y las fuerzas nucleares débil y fuerte.

 

 

Esto también está manifiestamente incompleto. Sabemos, y la teoría no lo explica, que esto debe ser sólo una parte de algo mucho más grande. Así que si el LHC encuentra el bosón de Higgs y nada más que el bosón de Higgs, el modelo estándar estará bien atado. Pero la física de partículas se quedará en una vía muerta, sin pistas hacia dónde dirigirse.

Hasta ahí los temores de Weinberg. Sin embargo, si los teóricos están en lo correcto, antes de que se encuentra el bosón de Higgs, el LHC podrá ver el primer esbozo de algo mucho mayor: una grandiosa teoría global conocida como la supersimetría. SUSY, como es cariñosamente llamada, es una audaz teoría que duplica el número de partículas necesarias para explicar el mundo. Y podría ser justo lo que los físicos de partículas necesitan para encaminarlos hacia una fresca iluminación.

Entonces ¿qué hay de malo en el modelo estándar? En primer lugar, hay algunos pecados de omisión evidentes. No tiene nada que decir acerca de la cuarta fuerza fundamental de la naturaleza, la gravedad, y tampoco se pronuncia sobre la naturaleza de la materia oscura. La materia oscura no es un asunto trivial: si nuestra interpretación de ciertas observaciones astronómicas es correcta, dicha materia pesa más que la materia convencional en el cosmos, en una relación de más de 4 a 1.

Irónicamente, el verdadero problema comienza con el bosón de Higgs. Éste surgió para resolver un problema verdaderamente grande: el hecho de que los bloques de construcción básicos de la materia ordinaria (como los electrones y los quarks, conocidos colectivamente como fermiones) y las partículas que transportan las fuerzas (llamadas colectivamente bosones), todas tienen una propiedad llamada masa. Las teorías se tambalean sin las masas de las partículas y nada se podía predecir sin ello, tuvieron que ser medidas en los experimentos y fueron añadidas a mano en la teoría.

Estos "parámetros libres" eran embarazosos hilos sueltos en las teorías, que se iban entrelazando para formar lo que eventualmente se convirtió en el modelo estándar. En 1964, Peter Higgs, de la Universidad de Edimburgo, Reino Unido, y François Englert y Robert Brout, de la Universidad Libre de Bruselas (ULB) en Bélgica, de forma independiente dieron con la forma de atar estos cabos.

Este mecanismo era un campo cuántico invisible que impregna todo el cosmos. Más tarde se llamaría el campo de Higgs, que imparte la masa de todas las partículas. La masa que adquiere una partícula elemental, como un electrón o un quark, depende de la fuerza de sus interacciones con el campo de Higgs, cuyo "cuanto [quantum]" son los bosones de Higgs.

Campos como éste son fundamentales para el modelo estándar, que describe cómo la fuerza electromagnética y la fuerzas nucleares débil y fuerte actúan sobre las partículas a través del intercambio de diversos bosones, las partículas W y Z, gluones y fotones. Pero la teoría de Higgs, aunque elegante, viene con una desagradable picadura: ¿Cuál es la masa del del bosón de Higgs? Debería consistir en una masa núclear, más la contribución de sus interacciones con todas las demás partículas elementales. Si totalizas todas esas contribuciones, la masa global de Higgs queda fuera de control.

Las pistas experimentales que ya tenemos, indican que la masa de Higgs debería estar en algún lugar entre 114 y 180 gigaelectronvoltios, entre 120 y 190 veces la masa de un protón o un neutrón, y es el tipo de energía que el LHC puede alcanzar fácilmente. La teoría, sin embargo, viene con valores mayores de 17 o 18 órdenes de magnitud, una discrepancia catastrófica denominada "el problema de jerarquía". La única manera de deshacerse de este problema en el modelo estándar es ajustar ciertos parámetros con una precisión de 1/1034 partes, algo que los físicos encontran antinatural y abominable.

Tres en uno

El problema de la jerarquía no es el único defecto del modelo estándar. También existe el problema de cómo reunir todas las fuerzas. En el universo que hoy se concibe, las tres fuerzas tratadas por el modelo estándar tienen muy diferentes fuerzas y rangos. A un nivel subatómico, la fuerza fuerte es la más poderosa, la débil es la más débil y la fuerza electromagnética está en un punto intermedio.

Hacia el final de la década de 1960, Weinberg, entonces en la Universidad de Harvard, demostró junto con Abdus Salam y Sheldon Glashow, que este no siempre había sido el caso. En el tipo de altas energías que prevalecieron en el universo temprano, las fuerzas débil y electromagnética eran igual de poderosas, en realidad, conformaban una misma fuerza. La expectativa era que si se extrapolaba lo suficiente hacia el Big Bang, la fuerza fuerte también sucumbiría, y estaría unificada con las fuerzas electromagnética y débil en una sola super-fuerza.

En 1974, Weinberg y sus colegas Helen Quinn y Howard Georgi mostraron que el modelo estándar podría hacer que eso sucediera, pero sólo aproximadamente. Aclamada inicialmente como un gran éxito, esta reunificación no-tan-exacta, pronto comenzó a cometer errores de física al trabajar sobre la "gran teoría unificada" de las interacciones de la naturaleza.

Fue en ese momento que la supersimetría hizo su aparición, debutando en el trabajo de los físicos soviéticos Yuri Golfand y Evgeny Likhtman. Se dejaba que Julius Wess, de la Universidad de Karlsruhe en Alemania y Bruno Zumino, de la Universidad de California, Berkeley, que llevaran sus prescripciones radicales con una atención más amplia a unos años más tarde.

Wess y Zumino estaban tratando de aplicar el principio de simplificación favorito de los físicos, la simetría, al zoológico de partículas subatómicas. Su objetivo era mostrar que, la división del dominio de las partículas en fermiones y bosones, es el resultado de una simetría perdida que existió en el universo temprano.

De acuerdo con la supersimetría, cada fermión se empareja con un gran bosón supersimétrico, y cada bosón con un fermión super-hermano. Por ejemplo, el electrón tiene un selectrón (un bosón) como socio supersimétrico, mientras que el fotón se empareja con un fotino (un fermión). En esencia, las partículas que conocemos ahora no son más que un poquito de algo que lo duplica en tamaño.

La clave de esta teoría es que en la sopa de alta energía de los inicios del universo, las partículas y sus super-socios eran indistinguibles. Cada par ha co-existido como entidades individuales sin masa. A medida que el Universo se expandía se iba enfriando, no obstante, esta supersimetría se rompió. Los socios y los super-socios siguieron su propio camino, convirtiéndose en partículas individuales con una masa distintiva propia.

La supersimetría era una idea audaz, pero aparentemente poco recomendada a no ser que se apelara al fetiche de la simetría. Es decir, hasta que la aplicaran al problema de la jerarquía. Resultó que la supersimetría podría domesticar todas las contribuciones molestas de las interacciones del bosón de Higgs con las partículas elementales, lo que causa su masa y lo deja fuera de control. Eran simplemente anuladas por las contribuciones de sus parejas supersimétricas. "La supersimetría conseguía dicha cancelación de forma muy natural", comentaba Nathan Seiberg de la Universidad de Princeton.

Pero eso no fue todo. En 1981, Georgi, junto con Savas Dimopoulos de la Universidad de Stanford, rehizo los cálculos de esta forzada reunificación que habían hecho con Weinberg y Quinn, pero con el añadido de la supersimetría. Descubrieron que las curvas que representan las tres fuerzas podía hacer que se reunieran con asombrosa precisión en el universo temprano. "Si usted tiene dos curvas, no es de extrañar que se crucen en algún lugar", decía Weinberg. "Pero si tiene tres curvas que se cruzan en el mismo punto, lo que sigue ya no es tan trivial".

Este segundo golpe de la supersimetría fue suficiente para convertir a muchos físicos en los verdaderos creyentes. Fue cuando se empezaron a estudiar algunas de las cuestiones planteadas por la nueva teoría, y las cosas se volvieron realmente interesantes.

Una de las cuestiones apremiantes concernían al actual paradero de las partículas supersimétricas. Los electrones, fotones y similares están a nuestro alrededor, pero de los selectrones y los fotinos no hay señal alguna, ya sea en la naturaleza o en cualquiera de los experimentos con los aceleradores de alta energía. Si existen tales partículas, deben ser extremadamente masivas, requieriendo enormes cantidades de energía para fabricarse.

Estas grandes partículas podrían haberse deteriorado con el tiempo y quedar un residuo de las más ligeras y estables partículas supersimétricas, los denominados neutralinos. Aunque masivo, el neutralino no tiene carga eléctrica e interactúa con la materia normal muy tímidamente, por medio de la fuerza nuclear débil. No sorprende entonces que hayan eludido su detección hasta la fecha.

Cuando los físicos calcularon exactamente la cantidad que debería haber de residuos neutralinos, se quedaron desconcertados. Era una inmensa cantidad, mucho más que toda la materia ordinaria del universo.

¿Comienza esto a sonar familiar? Sí, en efecto: parece que los neutralinos cumplían todos los requisitos de la materia oscura, esa que las observaciones astronómicas nos persuade que debe dominar el cosmos. El tercer tanto de la supersimetría.

Para cada una de las tres cuestiones que la supersimetría se propuso resolver (el problema de la jerarquía, el de la reunificación y el de la materia oscura) tenía su propia respuesta. Pero los físicos siempre se inclinan a favor de una teoría de propósito universal, si es que hay alguna. "Es reconfortante saber que hay una idea que resuelve estas tres cosas de forma lógica e independiente", señala Seiberg.

El alcance de la supersimetría no termina ahí. Como Seiberg y su colega Edward Witten de Princeton han demostrado, la teoría puede explicar también por qué los quarks nunca se ven por sí mismos, sino que siempre están acorralados por la fuerza fuerte dentro de partículas más grandes, como los protones y neutrones. En el modelo estándar, no hay indicios de matemáticas como debería ser; con la supersimetría, se dejan fuera las ecuaciones de forma natural. Del mismo modo, las matemáticas derivadas de la supersimetría se puede contar de cuántas maneras se puede doblar una superficie de cuatro dimensiones, un problema que es intratable en la topología.

Todo esto parece apuntar a una verdad fundamental dentro de esta teoría. "Cuando tienes algo cuyas aplicaciones van más allá de lo que fue diseñada, podemos decir, 'Bueno, esto parece profundo", comenta Seiberg. "La belleza de la supersimetría es realmente abrumadora".

Lamentablemente, ni la belleza matemática, ni tampoco el compromiso son suficientes por sí solos. Necesitamos también pruebas experimentales. "Es vergonzoso", espeta Michael Dine, de la Universidad de California, Santa Cruz. "Se están celebrando cosas sobre un montón de papel gastado".

Los pruebas circunstanciales de la supersimetría pueden encontrarse en los diversos experimentos diseñados para hallar las caracterísitcas de la materia oscura en los rayos cósmicos que pasan por la Tierra. Estos incluyen el experimento de Cryogenic Dark Matter Search en el interior de una mina Soudan al norte de Minnesota y el experimento Xenon al pie de la montaña Gran Sasso en Italia central. Las sondas espaciales como el satélite Fermi de la NASA, que también recorren la Vía Láctea, a la espera que se produzcan señales de cuando dos neutralinos se encuentren y se aniquilen.

La mejor prueba llegaría, si pudiéramos producir neutralinos directamente a través de las colisiones de un acelerador. El problema es que no estamos totalmente seguros de la potencia de aceleración que sería necesaria. La masa de las super-parejas depende precisamente cuándo se rompió la supersimetría, el universo se enfrió y las partículas estándar y sus super-parejas se separaron. Varias versiones de esta teoría no han podido construir un calendario coherente. Algunas variantes sugieren incluso que algunas super-parejas son bastante ligeros y que ya han aparecido en los aceleradores, como el Large Electron-Positron Collider, predecesor del LHC en el CERN, o el colisionador Tevatron en Batavia, Illinois. Sin embargo, ni un acelerador ni otro han encontrado nada.

Sin embargo, la razón de que los físicos estén tan entusiasmados con el LHC, es que el tipo de supersimetría que mejor resuelve el problema de jerarquía se hará visible con las altas energías que el LHC pueda explorar. Del mismo modo, si los neutralinos tienen la masa correcta para crear la materia oscura, se podrían producir en grandes cantidades en el LHC.

Desde el accidente del último año con la puesta a punto del acelerador, el CERN ha adoptado un enfoque cauteloso al reiniciar el LHC. Durante el primer año va a chocar dos haces de protones, con una energía total de 7 teraelectronvoltios (TeV), la mitad de su energía. Incluso así, está por encima del récord anterior del Tevatron, situado en los 1,96 TeV. "Si las más pesadas partículas supersimétricas pesan menos de un teraelectronvoltio, entonces se podría producir bastante copiosamente en las primeras etapas del funcionamiento del LHC", según John Ellis, teórico del CERN.

Si esto es así, los acontecimientos después de que el acelerador se disparara de nuevo podría tomar un giro paradójico. "Los protones que se rompen en el LHC, son partículas complejas compuestas de quarks y gluones, y producen desechos muy desordenados. Podría llevar bastante tiempo encontrar el bosón de Higgs de entre tales escombros", comenta Ellis.

Esta vez, John Ellis, físico del departamento teórico del LHC, hablará con Eduard Punset sobre el bosón de Higgs, la materia oscura y la supersimetría, sobre los cuales los físicos quieren encontrar evidencias en el acelerador del CERN.

En el lugar más caliente de todo el universo, en el nuevo acelerador de partículas instalado en Ginebra, se revelarán en los próximos años algunos de los más esperados secretos del Universo. Eduardo Punset charla con el físico John Ellis sobre los retos del acelerador y sobre el futuro del universo.

http://www.smartplanet.es

Las partículas supersimétricas, por otro lado, se desintegran en tan solo 10-16 segundos, en una serie de partículas secundarias, culminando en una cascada de neutralinos. Debido a que los neutralinos apenas interactúan con otras partículas, se evaden de los detectores del LHC. Paradójicamente, esto hace que sea relativamente fácil de encontrarnos que la energía y el moméntum que llevan parezca que se ha perdido. "Esto, en principio, es algo muy distintivo", añade Ellis.

Así que si la evidencia de la supersimetría existe en la forma que esperan los teóricos, podrían ser descubierta mucho antes que la partícula de Higgs, cuyos problemas SUSY pretende resolver. Cualquier observación de algo que parezca un neutralino sería una noticia muy, muy grande. Por lo menos sería el mejor avistamiento de una partícula de materia oscura. Aún mejor, nos diría que la naturaleza es fundamentalmente supersimétrica.

http://bitnavegante.blogspot.com/

http://www.newscientist.com/article/mg20427341.200-in-susy-we-trust-what-the-lhc-is-really-looking-for.htmlElectrons, Protons And Neutrons Standard Model Of Particle Physics

The Standard Model of particle physics is a theory of three of the four known fundamental interactions and the elementary particles that take part in these interactions. These particles make up all visible matter in the universe.

Every high energy physics experiment carried out since the mid-20th century has eventually yielded findings consistent with the Standard Model.

Still, the Standard Model falls short of being a complete theory of fundamental interactions because it does not include gravitation, dark matter, or dark energy. It is not quite a complete description of leptons either, because it does not describe nonzero neutrino masses, although simple natural extensions do.

ELECTRONS

The particle itself is a fundamental particle and is too small to be seen by any imaginable instrument of observation. So we instead represent the properties that allow the electron to interact. The central small dot represents the weak charge of the electron. This charge entirely separate from electric charge gives rise to the Weak Nuclear Force.

This force causes radioactive decay and its typical range is much smaller than the diameter of a proton.
The larger volume of shifting purple is meant to represent the Electric Charge of the electron. This charge is the generator of the Electromagnetic Force which has infinite range although the drop off in strength is pretty dramatic as we move away from the electron.

The Electromagnetic Force is how electrons interact with other electrically charged particles and with magnetic fields. These interactions make the structure of atoms and molecules possible. This gives rise to almost all of the complexity that we see around us.

PROTONS

The Proton is composed of two up quarks and one down quark (as you can see from the tiny rings of color near the center of each quark.) The overall charge of the proton is positive and so we have given it a gold shell. (Note that we can simply add the charges of the individual quarks to get the charge of the proton).

The red, green, and blue colors of the quarks represent the color charge which generates the Strong Nuclear Force that holds them together. It comes in three different charges represented here by the three colors, and for different colors the force is attractive.

The mediator of the Strong Force (the particle that is exchanged in an interaction) is a gluon. We represent gluon exchange as the occasional wispy strings between the quarks. As you can see the gluons have color themselves, and each gluon exchange causes the quarks involved to swap color. Although we show the quark motion inside the proton as leisurely, they are actually traveling close to the speed of light.

NEUTRONS

The Neutron is composed of two down quarks and one up quark (as you can see from the tiny rings of color near the center of each quark.) The overall charge of the neutron is neutral and so we have given it a silver shell. (note that we can simply add the charges of the individual quarks to get the charge of the neutron. )

The red, green, and blue colors of the quarks represent the color charge that generates the Strong Nuclear Force that holds them together. It comes in three charges represented here by the three colors, and for different colors the force is attractive.

The mediator of the Strong Force (the particle that is exchanged in an interaction) is a gluon. We represent gluon exchange as the occasional wispy strings between the quarks. As you can see the gluons have color themselves, and each gluon exchange causes the quarks involved to swap color. Although we show the quark motion inside the neutron as leisurely, they are actually traveling close to the speed of light.

The Cassiopeia Project - making science simple!

The Cassiopeia Project is an effort to make high quality science videos available to everyone. If you can visualize it, then understanding is not far behind.

http://www.cassiopeiaproject.com/

 

Universo y fisica

Gluons Standard Model Of Particle Physics

The Standard Model of Particle Physics Gluons.

Gluons mediate the Strong Force. They have no mass, no electric charge and no weak charge. So depicting gluons visually is a real challenge. To begin with, there are eight of them, and each carries a combination of color charge. Secondly, there are no free gluons, they exist only virtually when two quarks interact.

Third, since the gluons have their own color charge, they generate secondary virtual gluons, and these generate other gluons, ad infinitum. This means there is such an ongoing storm of these gluons that the whole process is impossibly complicated.

But undaunted, we press on. We know that when gluons cause two quarks to interact, the quarks swap color, and since color is conserved, the gluon must have at least two colors of its own.

Next, we know that the strong force mediated by the gluons increases in strength, as the quarks get farther apart. This means the gluon field is what is called a flux tube and leads to a gluon shaped like a string.

The Standard Model of particle physics is a theory of three of the four known fundamental interactions and the elementary particles that take part in these interactions. These particles make up all visible matter in the universe. The standard model is a gauge theory of the electroweak and strong interactions with the gauge group SU(3)×SU(2)×U(1).

Every high energy physics experiment carried out since the mid-20th century has eventually yielded findings consistent with the Standard Model. Still, the Standard Model falls short of being a complete theory of fundamental interactions because it does not include gravitation, dark matter, or dark energy. It is not quite a complete description of leptons either, because it does not describe nonzero neutrino masses, although simple natural extensions do.

Down to the Small

Consider a piece of matter, and imagine taking it apart down to its basic constituents the particles that make it up. Down to the atoms ..and further down to the protons, neutrons ... and finally to the quarks and electrons. If our hands were small enough, we could hold them in our hands as well.

As we take matter apart down to the smallest scales, we must pass through levels of structure that are only possible because of FORCES that hold these structures together. The proton and electron for example are attracted to each other ... and that force of attraction is what holds them together in the atom. But what is it really that causes this attraction. How does the electron know the proton is there and what draws it towards the proton? How does the electron know not to be attracted to the neutron?

The answer is that the electron and the proton each fill the space around them with countless millions of other tiny particles that have only the most ephemeral existence. Because it is electrically neutral, the neutron does not.

These particles come into existence only briefly and are gone ... only to be replaced by another one thrown out by the parent particle. On this scale, the tiny bit of energy that is needed for their existence can be created out of ... NOTHING. But they also MUST DISAPPEAR in the briefest instant because the energy used to create them can only exist for a very brief instant.

You can imagine these virtual particles as balls tethered to the parent particle by a rubber band and snapping back to the parent when they disappear. If one or more of them should encroach upon the territory of virtual particles tethered to another parent particle, they can get entwined and exchanged. Such an exchange is felt by the parent particles as a force.

 

Buscando la supersimetría en el LHC: la esperanza de la teoría de cuerdas

Hace unos días publicó el CERN en su página web que ya se había inyectado protones que recorrieron la mitad del perímetro y fueron detectados por el CMS. Poco a poco se va poniendo en marcha a pesar de incidentes algunos tan surrealistas como el del pájaro que la semana pasada ocasionó una avería eléctrica que calentó algunos de los imanes. En el CERN no ganan para disgustos, o eso parece. En cualquier caso, se esperaba que para principios de 2010 comiencen los experimentos a altas energías, que es el objetivo que debe alcanzar el LHC para realizar los experimentos para los que fue construido.

En New Scientist publican un artículo de tres páginas hablando de la importancia de la supersimetría, que es tal vez el clavo ardiendo al que han de aferrarse los físicos de cuerdas para tener algún indicio experimental que respalde su controvertida teoría que aunque goza de gran popularidad no son pocos los que se niegan a aceptar algo que no es comprobable experimentalmente.

¿De qué va todo esto?

La supersimetría (SuSY en inglés) es una característica que básicamente consiste en que cada partícula fundamental tiene una compañera supersimétrica cuyo espín se diferencia en \frac{1}{2}, esto es, la compañera de un fermión (espín 1/2, 3/2, 5/2…) será un bosón (espín 0, 1, 2…) y viceversa. Tienen ambas la misma masa y los números cuánticos internos.

Se plantea que en el universo primigenio, las partículas y sus compañeras supersimétricas eran indistinguibles. Cada par existía como entidades individuales sin masa. Conforme el universo se expandía y enfriaba, esta supersimetría se rompió y las partículas y sus compañeras se convirtieron en partículas individuales y diferentes con una masa propia.

Pero claro, aparte de la bonita posibilidad de tener una supersimetría que nos ronda por la cabeza a la hora de unificarlo todo, la gracia de esto está en el problema de la jerarquía de masas.

Si la supersimetría existe y su energía está en la escala de los teraelectronvoltios (TeV) entonces permitiría resolver uno de los mayores enigmas del modelo estándar: el por qué la interacción débil es 10^{32} veces más intensa que la gravedad, que es el llamado problema de la jerarquía de masas. Más en concreto, no se sabe por qué el orden de magnitud de la masa del bosón de Higgs ha de ser los GeV cuando tomando en cuenta la gravedad cuántica debería ser de 10^{19} GeV.

Esto supondría que tal vez la masa de Planck sea mucho más pequeña de lo que se creía, con lo cual, adios a toda esperanza para comprobar la gravedad cuántica. Además existe un engorro añadido que es tener que hacer sucesivas correcciones a los términos que aparecen en las ecuaciones, y este problema nos lo quita la supersimetría de forma natural y sin tener que cuestionar la consistencia interna de la teoría.

Además de esto, la supersimetría podría ayudar a unificar las fuerzas de la naturaleza y a explicar la materia oscura. Sin duda supondría un gran avance. De paso, la supersimetría es un requisito de la teoría de supercuerdas. De esta manera se abriría una ventana a la esperanza de que esta teoría pueda ser correcta. Por eso, la supersimetría podría considerarse el mayor de los descubrimientos posibles que se podrían realizar en el LHC.

www.migui.com

Tambien El CERN presenta “libro pop-up” sobre el LHC

 

Por otro lado el LHC no solamente ha generado expectación e ilusiones, si no también miedo entre el gran público. Varias publicaciones han escrito artículos comentando los peligros del Gran Colisionador de Hadrones y eso, junto al desconocimiento general que existe sobre el LHC, se traduce en una ola de miedo irracional.

El CERN (organismo responsable del LHC) ha intentado luchar contra las teorías catastrofistas de diversas maneras y ahora nos llega otro nuevo intento, en esta ocasión en forma de libro pop-up titulado como Voyage To The Heart Of Matter - The Atlas Experiment At CERN escrito por Emma Sanders y “construido” por Anton Radevsky. En él se explica de forma simple y muy visual qué es exactamente el LHC y lo que hace.

El libro no estará disponible hasta finales de noviembre y costará unos 33 dólares. A parte de ser una estupenda obra de divulgación científica, estamos ante uno de los libros más geek de todos los tiempos.

http://alt1040.com/

http://atlas.ch/popupbook/popupbook_1.html

El Gran Colisionador de Hadrones (en inglés Large Hadron Collider o LHC, siglas por las que es generalmente conocido) es un acelerador de partículas (o acelerador y colisionador de partículas) ubicado en la actualmente denominada Organización Europea para la Investigación Nuclear (la sigla es la del antiguo nombre en francés de tal institución: Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, CERN), cerca de Ginebra, en la frontera franco-suiza. El LHC se diseñó para colisionar haces de hadrones, más exactamente 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.
Los protones son acelerados a velocidades del 99,99% de la velocidad de la luz (c) y chocan entre sí en direcciones diametralmente opuestas produciendo altísimas energías (aunque a escalas subatómicas) que permitirían simular algunos eventos ocurridos durante o inmediatamente después del big bang. 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 (2 grados por encima del 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 produjo el 10 de septiembre de 20083 mientras que las primeras colisiones a alta energía en principio estaban previstas para el 21 de octubre de 2008.4 Sin embargo, debido a una avería se produjo una fuga de helio líquido y el experimento se ha parado temporalmente. Está previsto que para verano de 2009 se reactiven las actividades. Este funcionara a medio rendimiento durante 2 años, en esas condiciones será más difícil que pueda descubrir antes del 2011, al menos, el bosón de Higgs (la partícula de la masa), que es su principal objetivo y una de los mayores incógnitas de la física fundamental.5
Teóricamente se espera que, una vez en funcionamiento, se detecte la partícula conocida como el bosón de Higgs (a veces llamada "la partícula de Dios"6 ). 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.7

Diseño del CMS collaboration.
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,8 como los strangelets, los micro agujeros negros, el monopolo magnético o las partículas supersimétricas.9 El nuevo acelerador usa el túnel de 27 km de circunferencia creado para el Gran Colisionador de Electrones y Positrones (LEP en inglés).

Large Electron-Positron collider

LEP (Large Electron-Positron collider) era un
acelerador-colisionador circular de unos veintisiete kilómetros de longitud, situado a cien metros bajo tierra en la frontera entre Francia y Suiza.
Actualmente está siendo reemplazado por el LHC. Era elúltimo paso del complejo de aceleradores del CERN, y en él los electrones y positrones eran inyectados y acelerados hasta la energía final de colisión mediante el uso de cavidades de radiofrecuencia. Un sistema de imanes dipolares curvaba los haces de electrones y positrones obligándoles a seguir una trayectoria circular.

En el LEP, los electrones y los positrones circulaban en sentidos opuestos a
velocidades relativistas, agrupados en paquetes (bunches) de
aproximadamente 1.6 cm de longitud y una sección de 0.3 × 0.01 mm2.

Existían ocho puntos de colisión, en cuatro de los cuales había instalados
sendos experimentos: ALEPH, DELPHI, L3 y OPAL.

LEP empezó a operar en Agosto de 1989 y aunque originalmente fue diseñado para la producción de bosones Z0(cuya masa es de 91.2 GeV/c2),
con energías por haz previstas para su primera fase en torno a los 45 GeV
y luminosidades de 1031 cm-2·s-1, las distintas mejoras que en los últimos años se introdujeron en él (incluyendo la instalación de cavidades superconductoras) permitieron alcanzar energías por haz de hasta 104.5 GeV.

Se denominó LEP 2 (también LEP200 o LEP-II) a la segunda fase del acelerador de partículas LEP, en la cual se ha incrementó la energía de colisión en el centro de masas por encima de los 130 GeV.
Este incremento permitió la producción de pares de bosones W± y Z0.
Se esperaba que los sucesivos incrementos supusieran, incluso, el alcance del umbral de producción de nuevas partículas, como, por ejemplo, el
bosón de Higgs. Las energías de colisión alcanzadas en el sistema centro de
masas en cada año de funcionamiento, y la luminosidad integrada correspondiente recogida en el detector DELPHI, pueden verse en la siguiente tabla.

 

Energía(GeV) Fecha Luminosidad(pb-1)
130-136 Noviembre,
1995
6
161 Julio/Agosto,
1996
10
172 Octubre/Noviembre, 1996 10
183 1997 54
189 1998 158
192 Julio,
1999
26
196 Julio/Agosto, 1999 77
200 Agosto/Septiembre, 1999 84
202 Octubre/Noviembre, 1999 41
203-208 2000 224
  Energías de colisión en el sistema centro de masasalcanzadas en LEP 2 y luminosidad total recogidapor DELPHI en el correspondiente periodo.

 

Parte de la infraestrucutura del LEP (en particular su túnel toroidal de 27 km ha sido utilizada para construir el LHC (Large Hadrons Collider) o
GCH (Gran Colisionador de Hadrones).

 


 

En el verano de 1989, el acelerador LEP (iniciales de Large Electron-Positron
collider o gran colisionador de electrones y positrones), del Laboratorio
Europeo de Física de Partículas (CERN), detectaba las primeras colisiones de
electrones y positrones. Ahora, 11 años más tarde, acaba de terminar su
distinguida carrera; las autoridades del CERN han decidido cerrarlo, a pesar de las indicaciones muy recientes de señales de la partícula de Higgs

Asoma en el CERN la partícula más buscada y El origen de la masa), la única que falta para completar el modelo estándar de interacciones. Este cierre es algo que muchos científicos sentimos profundamente. Y es que el ser humano tiene su mente construida de tal manera que es capaz de sentir afecto (o repulsión) no sólo por otros seres humanos, o animados, sino también por objetos materiales e incluso por algo aparentemente tan frío como un aparato científico.

Los aceleradores de partículas son, sin duda, los instrumentos más gigantescos y precisos construidos por el hombre. LEP, situado a caballo entre Francia y Suiza, cerca de Ginebra, tanto en su versión original como en la última, conocida como LEP200 (por llegar su energía a algo más de 200.000 millones de electronvoltios) ha gozado y goza del cariño de los físicos de partículas, teóricos y experimentales.

Legado impresionante

Por ello, nos parece apropiado dedicarle unas líneas; y no sólo por su legado
científico, ciertamente impresionante, sino porque este acelerador significó
algo muy especial en la ciencia, en particular en la europea. En efecto, desde
su construcción, LEP se constituyó en el más grande acelerador del mundo; y es muy poco probable que sus 27 kilómetros de circunferencia sean superados en un futuro próximo.

Pero además, desde un punto de vista técnico, es un instrumento que no tiene parangón. Por LEP circulan -más bien, circulaban- partículas, electrones y positrones, en direcciones opuestas. Van agrupados en pequeños paquetes de tamaño micrométrico, donde cada uno de ellos contiene del orden de un billón de electrones o positrones.

Estos paquetes (pensemos en gotas de un líquido) se cruzan en cuatro puntos
45.000 veces por segundo, y eventualmente un electrón de uno de ellos choca frontalmente con un positrón del contrario, produciéndose una interacción (como una pequeñísima explosión) cuyos fragmentos se registran en un detector que rodea al punto de choque.

No es fácil darse cuenta de las maravillas de ingeniería que todo esto requiere.
Para que los paquetes se crucen en el lugar preciso, las partículas que los
forman tienen que ser guiadas por campos magnéticos de manera que se mantengan dando vueltas durante varias horas en órbitas muy precisas. Y todo esto, moviéndose a una velocidad que dista menos de diez billonésimas de la de la luz, con lo que llegan a recorrer distancias equivalentes a hacer varias veces el viaje de ida y vuelta a Plutón.

Todo lo relacionado con LEP está rodeado de similares alardes técnicos. Un
ejemplo ilustrativo: para saber la energía que llevan las partículas es
necesario conocer con precisión la longitud exacta de su recorrido (la
circunferencia de LEP). Ocurre que el suelo sobre el que descansa el acelerador, como cualquier otra parte de la corteza terrestre, se deforma un poco periódicamente debido al efecto marea (atracción de la Luna y el Sol). Este efecto es pequeñísimo, de una fracción de un milímetro en 27 kilómetros, pero no es despreciable para la precisión requerida por LEP, por lo que tiene que ser tenido en cuenta.

Esta precisión de la ingeniería es respondida por una precisión comparable en las medidas de magnitudes físicas realizadas. Es cierto que, a primera vista, esta máquina no ha hecho ningún descubrimiento sensacional. Todo lo que en LEP se ha medido era más o menos lo esperado. Pese a ello, su legado científico es simplemente impresionante. Año tras año, en este acelerador se han ido haciendo medidas con precisión antes considerada inalcanzable. Y estas medidas han servido para conseguir que tanto la teoría de interacciones fuertes (subnucleares) como, sobre todo, las unificadas de interacciones electromagnéticas y débiles, lo que se conoce como el modelo estándar de la física de partículas, se hayan convertido en algo que puede, sin duda, considerarse como el marco conceptual más completo y elaborado de la historia de la física.

Entre las medidas de precisión hechas en LEP están algunas de las
determinaciones más exactas de la intensidad de las interacciones fuertes, la
medida más precisa de la masa y propiedades de la partícula Z y, en competición con el colisionador de protones y antiprotones de Fermilab, cerca de Chicago (EE UU), las medidas de masas y propiedades de las partículas W, así como el triple vértice de interacción ZWW, predicho teóricamente en 1961 por Sheldon Glashow y sólo observable con LEP200 (las partículas W y Z son las responsables de la interacción débil, en particular de las desintegraciones radiactivas). También el conjunto de medidas con gran exactitud de propiedades de otras partículas (leptones, quarks c y b) realizadas en LEP constituirán por sí solas un legado
científico de primera magnitud.

Pero sin duda las más impactantes de las medidas realizadas con LEP son las de precisión en interacciones electromagnéticas y débiles a gran energía (de 90.000 a 210.000 millones de electronvoltios), con unos errores inferiores al uno por mil. La precisión de estas medidas es tal que, invocando argumentos de consistencia interna del modelo estándar, fue posible inferir la existencia y la masa del quark más pesado, el quark top, antes de que éste fuese descubierto directamente, con las propiedades predichas, en el colisionador de Fermilab.
Todavía hoy, cinco años después de este descubrimiento, las propiedades del quark top deducidas indirectamente de las medidas de LEP compiten en precisión con las hechas sobre el propio quark en Fermilab.

Algo similar ocurre con la medida directa de la masa del bosón W, realizada en Fermilab y en el propio LEP, y su inferencia indirecta a partir de otras medidas de precisión de este último.

Finalmente, e independientemente de las señales observadas últimamente acerca de la existencia de la partícula de Higgs, y que han prolongado la vida de LEP, la evidencia más creíble de su existencia es la indirecta, debida a medidas de precisión de otros procesos, en LEP. El que todas estas relaciones nada triviales de consistencia del modelo estándar se cumplan es algo que no sabíamos antes de que este acelerador echase a andar.

Lista de éxitos

Tal vez esta lista de éxitos explique el cariño que los científicos han sentido
hacia LEP; como españoles y europeos tenemos otras razones, además de las
científicas, para que LEP no pueda ser considerado un instrumento como otros. En efecto, LEP fue el primer acelerador europeo que estaba claramente por delante de lo que se hacía en EE UU.

El acelerador con objetivos similares que allí funcionó, el SLC de Stanford
(California), fue el que, a pesar de algunos éxitos notables, hizo de pariente
pobre en esta competición científica. Y podemos también destacar que, por
primera vez en la historia de la física subatómica (que comenzó con el siglo XX) España ha contribuido al avance científico de una manera real, en condiciones de igualdad con el resto de los países europeos.

Alrededor de LEP se han formado en España más de cincuenta jóvenes
investigadores, quienes han nacido científicamente sin el complejo de pensar que ser español, o no serlo, tenga ninguna relevancia en conexión con hacer ciencia.
Finalmente, LEP también abre muchos interrogantes, el más espectacular de los cuales es la posible existencia de la partícula de Higgs, de la que LEP nos ha dejado tan cerca.

Después de tantos años de datos, podría parecer razonable un pequeño reposo.
Pero los físicos, como todos los humanos, no siempre se caracterizan por ser
razonables. Antes de que LEP terminase de funcionar, algunos ya perdían el sueño por el siguiente proyecto: el LHC (Large Hadronic Collider), que ocupará el mismo túnel y en donde tal vez algunos de los interrogantes abiertos por LEP dejarían de serlo.

 

Bibliografia

digital.el-esceptico.org

enciclopedia.us.es

 

 

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2 Responses to Este fin de semana puesta en marcha del LHC

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