El súper colisionador de partículas

 ¿Qué es un colisionador de hadrones? nos preguntamos la mayoría de nosotros. Luego de las primeras indagaciones, noticias en los diarios, informes en noticieros y los resultados arrojados por la consabida búsqueda y «googleo» en internet, tal vez nos encontremos todavía más desconcertados.

Hadrones ¿qué serán? Leemos que el colisionador generará agujeros negros bajo tierra, oímos que hará viajar partículas a velocidades cercanas a la de la luz, vemos coloridas animaciones sobre la posible recreación del origen del universo, resuenan las palabras primer estallido y big bang, cuyo significado a veces ni siquiera llegamos a imaginar.

Fotografía: Sucesión de imanes en el túnel del colisionador de partículas. Wikipedia.

Haciendo un poco de historia

Desentrañar esta madeja de suposiciones, conceptos, falacias, hechos y teorías parece una misión complicada, de modo que pondremos la lupa por partes.

Traer a colación la lupa me viene genial porque es un instrumento, un artefacto y, a fin de cuentas, el colisionador –si bien gigantesco y de última generación– también es un aparato. Quisiera practicar entonces un pequeño juego de analogías.

El origen de las lentes de aumento y/o las lupas tiene su sustrato en los principios de las leyes de reflexión, de refracción y de formación de las imágenes; además estas sentaron las bases de los primeros pasos en el desarrollo e invención de instrumentos ópticos como el telescopio y el microscopio.

El origen del colisionador de hadrones está en las variantes de sus parientes directos, los aceleradores de partículas, construidos sobre un cúmulo de conceptos teóricos y prácticos provenientes de la física.

Hacia el año 1000 de nuestra era, específicamente en la Edad Media, se desarrollaron las antecesoras de la lupa –llamadas «piedras para leer»– que eran de cristal de roca y/o piedras semipreciosas (berilio), talladas en forma de una media esfera. Así aumentaban el tamaño de las letras.

Hace millones y millones y millones de años hubo un estallido original –eso dicen al menos muchos físicos del mundo– que dio nacimiento al universo del que somos parte. El colisionador, entre otras cosas, permitiría recrear la condiciones de aquel momento inicial para «observar» lo que habría sucedido. ¡¡Flor de lupa!!

Roger Bacon, filósofo, teólogo y fraile franciscano, talló las primeras lentes con forma de lenteja en el año 1266. El paso siguiente fue montar estas lentes en un armazón, lo que ocurrió entre los años 1285 y 1300. Posteriormente les pusieron diferentes tipos de bordes: madera, hierro, cuero o plomo. En esa época la lupa era usada por relojeros, joyeros y mercaderes de tejidos. ¿Qué tal? ¿Esto es ciencia?

La ciencia es un saber siempre provisorio

Filósofos, frailes, inventores, artesanos y científicos: las cunas de la curiosidad fueron y siguen siendo muy diversas y el conocimiento se construye, aún hoy, proponiendo hipótesis, realizando pruebas, contrapruebas y experiencias que las validan, las descartan o las dejan en suspenso mientras se resuelven o no las contradicciones que las colocan en estado de duda, sin perder de vista ¡por supuesto! que el saber científico es siempre provisorio. Basta recordar que en algún momento de la historia de las ideas la Tierra fue plana y los barcos «caían» en un abismo al llegar a la línea del horizonte; hoy –y hasta nuevo aviso– la Tierra es redonda.

Aun así ¡¡ni idea de lo que es el colisionador!!... Despacio, tranquilos, pronto llegaremos a él, pero antes me gustaría poner la lupa sobre las investigaciones del sociólogo y filósofo de la ciencia Bruno Latour y ya se darán cuenta por qué.

Latour escribió, junto a Steve Woolgar, un libro muy interesante que se llama La vida en el laboratorio. La construcción social de los hechos científicos. De este trabajo me atrae en particular el subtítulo, y será porque pienso –aunque algunos científicos no estén de acuerdo– que la ciencia (como la literatura, el mito, la historia) es una construcción narrativa o, mejor aún, el armado de un relato dinámico de escritura colaborativa, un constante work in progress.

Los científicos imaginan, sueñan, y en sus fantasías asocian los fenómenos, los recuerdos, los hallazgos, las suposiciones y todo lo que proviene de sus culturas. Según el historiador de las ideas Evry Schatzman, durante la primera fase exploratoria la libertad de asociación y la creatividad son la clave de la actividad científica; a través de ellas se produce una especie de poesía que tiene sus raíces tanto en lo real como en el mito, y que está muy influenciada por lo emocional. Luego, obviamente, vendrán las validaciones más rigurosas. Pero a grandes rasgos es lo mismo que señala Latour: el carácter indisociable de la investigación científica y la «construcción social» del hecho científico.

Para Latour existen series de procederes y procedimientos a través de los cuales los científicos «acuerdan» las construcciones o narraciones de los hechos científicos. Esta visión no le quita seriedad a la ciencia; muy por el contrario, permite verla como un producto humano falible. Estos acuerdos o consensos surgen de la continua revisión y rechazo de hipótesis y alternativas menos plausibles.

Lo más interesante del libro –surgido de una temporada de convivencia con científicos del Instituto Salk– es cuando Latour habla del instrumental o del aparataje utilizado en los laboratorios. Ahora sí me voy acercando al colisionador, no desesperen.

Aparato que te quiero tanto

¿Por qué son tan importantes los aparatos? La idea es bien sencilla y puedo exponerla de este modo: nunca vi un átomo, es más: nadie, ninguno de nosotros vio jamás un átomo y, sin embargo, no dudamos de su existencia porque sabemos que se inventaron y desarrollaron aparatos que permitieron comprobar la existencia de los átomos. Tampoco vimos ni palpamos genes, pero sabemos que con instrumental específico fueron mapeados.

Bruno Latour explica que, por ejemplo, sin un bioensayo no se podría decir que existe una sustancia. Y yendo más lejos aún dice que el bioensayo no es simplemente un medio de detectar una sustancia dada sino que el bioensayo constituye la construcción de la sustancia. De manera semejante, las trazas producidas por un espectrómetro de resonancia magnética nuclear (RMN) no existirían si no fuera porque el mismo espectrómetro las hace mensurables.

Así, más allá del nombre que tenga el artefacto o aparato utilizado, Latour opina que «no se trata solo de que los fenómenos dependen de ciertos instrumentos materiales, sino que el escenario material del laboratorio constituye completamente los fenómenos». Aquí es donde dejo a Latour para invitarlos al escenario material del colisionador.

El colisionador de hadrones es el último gran artefacto que construimos para ver cosas que no sabemos si existen.

En la ciudad de Ginebra, en la frontera entre Suiza y Francia, se construyó el LHC (Large Hadron Collider) o gran colisionador de hadrones. La megaestructura –faraónica– comprende un túnel circular de más de 27 kilómetros de longitud, instalado a 100 metros de profundidad. Este túnel es el mayor acelerador y colisionador de protones del mundo.

Video: "El CERN por dentro". Duración: 9a minutos, 11 segundos 

De protones somos

La palabra protones ya me suena un poco más.... ¿Protones? ¿Protones? Sí, sí, son partículas subatómicas. Una partícula subatómica es una partícula más pequeña que el átomo. Puede ser una partícula elemental o una compuesta. La física de partículas y la física nuclear se ocupan del estudio de estas partículas, sus interacciones y de la materia que las forma. Se consideran partículas subatómicas a los constituyentes de los átomos: protones, electrones y neutrones.

La mayoría de las partículas elementales que se han descubierto y estudiado no pueden encontrarse en condiciones normales en la Tierra, sino que se producen en los rayos cósmicos y en los procesos que se dan en los aceleradores de partículas. ¿Vieron? ¡¡para eso necesitamos y construimos los aceleradores de partículas!!!

Ok, entonces volvamos al acelerador/colisionador LHC, que costó más de 5.600 millones de euros. El consorcio científico involucrado en el proyecto está integrado por más de 6000 científicos de todo el mundo.

El 10 de septiembre de 2008 se realizó la primera prueba de funcionamiento del colisionador. Los científicos hicieron circular a través de toda la trayectoria del túnel enormes cantidades de partículas a la velocidad de la luz. Por eso se les dice aceleradores, porque tienen la potencia necesaria para imprimir esa velocidad a las partículas: las aceleran, les dan enviones brutales.

Bien, tenemos a las partículas circulando a velocidades inimaginables dentro del acelerador, pero ¿para qué? Parece ser que cuando estas pequeñísimas partículas invisibles al ojo humano se mueven a la velocidad de la luz y chocan entre sí, la fuerza del impacto es tan enorme que la energía resultante las divide en partículas aún menores.

La colisión produciría el estallido de estas partículas en otros subcomponentes más pequeños. Dicho de manera muy simplificada estos estallidos recrearían mini big bangs.

En el momento de las colisiones, por cada choque se generan miles de subpartículas que dejan patrones o «huellas» que les permitirán a los investigadores realizar su identificación.

Las huellas serán analizadas y estudiadas por identificadores especialmente diseñados para medir sus trayectorias, energías e «identidades».

Para los trabajos de identificación, el súper colisionador cuenta con cuatro detectores, cada uno de los cuales tiene una función específica a desarrollar. El detector llamado Alice estudiará el estado de la materia que se produjo instantes después del big bang. El detector Atlas analizará todas las partículas resultantes de las colisiones; el CMS complementará al Atlas en la búsqueda de una partícula llamada bosón de Higgs, y el Lhc-B estudiará las cuestiones relacionadas con la materia y la antimateria.

En el detector Atlas trabajan más de 1900 científicos de 170 instituciones pertenecientes a 35 países del mundo (entre ellos la Argentina).

Video: "El bosón de Higgs." BBC Mundo. Duración: 4 minutos, 35 segundos.

Recomendados

Bosón de Higgs: el mimado de los científicos

Texto

El 4 de julio de 2012, el bosón de Higgs se convirtió en la celebridad del mundo científico. Investigadores del CERN anunciaron el hallazgo de la partícula más buscada de los últimos tiempos. «Hemos alcanzado un hito en nuestra comprensión de la naturaleza», afirmó Rolf Heuer, director del CERN. Por su parte, Christoph Paus, físico del MIT, fue más cauteloso en su declaración: «Todavía no podemos decir si el fenómeno que estamos compartiendo es de hecho el bosón de Higgs, ya que se necesitarán muchos más datos».