El Gran Colisionador de Hadrones y el modelo estándar

Large Hadron Collidor: Rastreadores de Silicio
Aviso: Este artículo trata de manera aproximada un tema bastante complejo y es posible que tenga errores, aunque creo que en general es correcto. Léase con precaución y en caso de duda, consulte a su físico de cabecera

Dentro  de un par de meses entrará en funcionamiento el Gran Colisionador de Hadrones, posiblemente uno de los experimentos científicos más importantes de los últimos años. Su objetivo: Encontrar el bosón de Higgs. Una de las últimas partículas que queda para completar el modelo estándar de partículas.

Básicamente, el GCH ( LCH por sus siglas en inglés) es un tunel circular de 27km de circunferencia  por el cual se lanzarán, a velocidades próximas a la luz, partículas subatomicas con el objetivo de que choquen entre ellas para analizar los resultados. Todo esto a unas temperaturas de -271 C , s. En teoría, de este experimento se podrá detectar, por primera vez el bosón de Higgs.

Pero ¿Qué es el Bosón de Higs? ¿Por qué es tan importante? Vamos a verlo

El fin de la física clásica

Primera obsevación de un Neutrino

A principios del siglo XX surgieron dos nuevas y revolucionarias teorías físicas. Una es la física cuántica. La otra la teoría relativista. Sería muy largo de explicar aquí en que consisten, tal vez en otro momento, pero lo importante es que estas dos teorías cambiaron el modo de entender la física y obligaron a los físicos a redefinir todo lo que sabían. ¿Os acordaís de los descubrimientos gravitatorios de Newton? Pues, aunque la física de Newton sigue siendo válida para la mayoría de los casos, falla estrepitosamente cuando nos movemos por magnitudes cuánticas (cosas muy chicas) o relativistas (cosas muy grandes)

Pero el problema grave es que existen fenómenos físicos en los cuales se producen a la vez fenómenos cuánticos y relativistas. Y estas teorías no se llevan muy bien a la hora de tratar de juntarlas. Por eso es por lo que los físicos están tratando de encontrar una teoría unificada o teoría del todo

¿Y que tenemos hasta ahora?

El modelo estándar o ¿cómo funciona universo?

Un átomo de Helio

Básicamente todo se reduce a tres factores: Partículas de materia (o fermiones), Partículas de fuerza (o bosones) y el Bosón de Higs (o bosón masivo)

Por cierto, antes de seguir, indicar que esto es un modelo matemático. Es decir, esta teoría se ha formado a base de hacer experimentos, deducir ecuaciones a partir de ellos y volver a hacer más experimentos que confirmen las ecuaciones.

Aunque en principio el modelo estándar permite interpretar y predecir muchos fenómenos naturales, no quiere decir que la naturaleza sea exactamente así. Aunque tampoco debería ser muy distinta.

Bueno, como iba diciendo tenemos primero las párticulas básicas que forman la materia. ¿Os acordais de que en el colegio os contaron que la materia estaba formada por átomos y que los átomos estaban formados por protones, neutrones y electrones? Pues bien eso no es todo. Estas partículas están a su vez formadas por otro tipo de partículas aún mas pequeñas. Los fermiones, o partículas fundamentales

Los fermiones, los ladrillos del universo

Tres quarks unidos para formar un Neutron

Resulta que neutrones y protones están formados por 6 tipos distintos de partículas, llamadas Quarks. Estos quarks se diferencian entre ellos por la carga eléctrica, el spin, el color y el sabor (lo de color y sabor son dos características a los que los físicos decidieron llamar así. Son colores y sabores “cuánticos”, no macróscopicos). Decir que de los 6 tipos, cuatro de estos quarks (llamados encanto, extraño, cima y fondo) son de muy corta vida y la mayoría de los que existían de forma natural se desintegraron en el Big Bang. Pero los otros dos tipos (arriba y abajo) siguen con nosotros, formando protones y neutrones

Ya sabemos de que están formados los protones y los neutrones. De quarks. Pero ¿Y los electrones? Pues los electrones son simplemente un tipo más de los 6 existentes de Leptones, el otro tipo de partículas fundamentales. El electrón es el más conocido pero hay más, llamadas tau, muon y los tres neutrinos, que son las partículas opuestas a estos tres primeros. Estos leptones se liberan cuando se producen determinadas reacciones atómicas. Y, aparte, nuestro querido y conocido electrón, que normalmente está felizmente dando vueltas alrededor del nucleo atómico (formado por Quarks cohesionados, como hemos visto)

En resumen, por si alguien se ha perdido. La materia está formada por fermiones. Estos se dividen en quarks, que forman los núcleos atómicos y en leptones, el resto de partículas existentes

Las 4 fuerzas, el pegamento del universo

Representación de un campo magnético

Pero aparte de estas partículas, tenemos las cuatro fuezas, o interacciones, fundamentales. Estas fuerzas hacen que los fermiones puedan afectarse los unos a los otros y son las siguientes:

La gravedad: Es una fuerza de atracción. Atrae partículas con masa y, a pesar de que es a la que más estamos acostumbrados, es la más débil. Eso sí, tiene un rango de alcance infinito
El electromagnetismo: Es una fuerza que puede ser tanto de atracción como de repulsión, según la carga eléctrica de las partículas. Es de alcance ilimitado y es la base de la luz solar, las ondas de radio, los móviles, la electricidad y tantas otras cosas. También mantiene unidos a los átomos en estructuras moleculares.

Las otras dos fuerzas no nos suenan tanto, pues solo actuan a nivel atómico. Son:

Nuclear fuerte: Permite que los quarks, según su carga y su color, es unan para formar protones y neutrones
Nuclear débil: Provoca cambios de sabor en los fermiones (tanto en los quarks como en los leptones). Básicamente se manifiesta en un fenómeno físico conocido como desintegraciones Beta (transformaciones de átomos de un isotopo a otro, por ejemplo la transformación del carbono normal en carbono-14, que se usa para dataciones arqueológicas)

Pero, ¿como actúan estas fuerzas?

Los mediadores: Bosones

Otra imagen del LHC

Existen una serie de partículas, llamadas bosones, que ejercen de transmisoras de las fuerzas anteriores. Es decir, podríamos decir, por ejemplo, que cuando se produce una interacción nuclear entre dos quarks, es porque estos bosones viajan de un quark a otro, permitiendo la transmisión de la interacción nuclear.

En total tenemos tres tipos bosones, un tipo por cada interacción, sumando un total de 11 bosones (el fotón, que median en el electromágnetismo, los bosones intermedios, que median en la interacción debil y los 8 gluones que se encargan de la interacción fuerte)

¿Y que pasa con la masa?

Este es el gran problema del modelo de partículas, que no acaba de explicar exactamente que pasa con la masa y con la interacción gravitatoria. Tampoco se sabe porque algunos bosones no tienen masa (como el fotón) y otros sí. Es decir, sabemos que la masa existe, pues provoca la interacción gravitatoria y, además, es facilmente medible, pero no sabemos explicar de donde surge. Y aquí es donde entra en juego un bosón muy especial, que no provoca interacción, sino que sería el soporte de la masa. De momento no se ha encontrado, solo existe como hipótesis matemática: El bosón de Higgs

El Bosón de Higgs

Simulación de la detección del Bosón de Higgs

Descubrirlo nos permitirá ajustar muchísimo el modelo de partículas. El Bosón de Higgs debería explicar como el resto de partículas adquieren masa y nos ayudaría a explicar como esta masa se reparte en el universo (campo de Higgs). Si descubrimos de donde viene la masa, el siguiente paso sería explicar como funciona la interacción gravitatoria y encontrar el bosón correspondiente (gravitón)

Si no lo descubrimos, bueno, pues habrá que seguir buscando, o reelaborar el modelo estándar

Y esto es lo que espera descubrir el LHC.

Anexo. En la prensa se han publicado noticias sobre que el LHC podría generar un agujero negro que destruiría la tierra. Todo esto son exageraciones sin fundamento, pero si estás preocupados por la destrucción del planeta, te recomiendo que leas este artículo: Alarmismo frente al LHC

8 comentarios en “El Gran Colisionador de Hadrones y el modelo estándar”

  1. Ya habia oido hablar del tema en la prensa, como bien dices al final, la verdad que me parece muy interesante 😉

  2. Ya me tomaré un cubata, por eso no te preocupes. ¿Te puedes creer que entre pitos y flautas solo he visto 15 minutos de Eurocopa?

    PD: Te he editado el mensaje, porque se salía de la página 😛

  3. Muy interesante, me ha permitido resolver algunas dudas (Es que cuando lo leía en la Wikipedia, tenía que ir siguiendo los enlaces de cada una de las cosas que no conocía y terminaba perdiéndome jeje)

  4. #4 Ese es el problema de la wiki, que has de ir saltando de un lado a otro.

    De hecho, los artículos de ciencia que escribo suelen recopilaciones de artículos de la Wikipedia, pero todo juntitos.

  5. oe causa solo nuestro papi lindo dios o lolo puede acabar el mundo px mejor levantate temprano ayudar atus papis asi q espera algunos dias q tengo un quince dejame vivir max por f

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