¿Por qué colisionar hadrones? (¿Y qué son, de todos modos?)

               E N T R E V I S T A   O D I S E A               

Una entrevista con el Dr. Keith Baker, profesor de la Universidad de Yale y físico nuclear y de partículas. Es miembro del equipo experimental que trabaja en el Colisionador del CERN en Ginebra, Suiza.

Odisea Cristiana: ¿Sería correcto decir que usted está a la vanguardia con respecto a experimentos en este campo?

Keith Baker: Si. El lugar más probable para los nuevos descubrimientos de toda la ciencia está en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC por sus siglas en inglés) del CERN. Y ahí es donde estoy. He estado trabajando en el LHC por poco más de 15 años.

OC: ¿Qué hace el Colisionador de Hadrones?

KB: El Gran Colisionador de Hadrones es un colisionador protón-protón, es decir, que colisiona hadrones. En pocas palabras, los hadrones son partículas que tienen estructura interna, mientras que la otra clase de partículas de los leptones, no tienen estructura. Por ejemplo, los protones, neutrones y mesones, son ejemplos de hadrones, que están hechos de quarks y gluones. Los quarks y los gluones están sujetos a la fuerza fuerte y se unen para formar estos hadrones.

Por otro lado, los electrones, positrones, taus, y muones son ejemplos de leptones. Por lo que sabemos, estos no tienen una estructura y sus interacciones no se rigen por la fuerza fuerte, sólo las fuerzas débiles y electromagnéticas. Al hacer circular haces de protones, es más fácil lograr el aumento de las energías que si se colsionan leptones. Y cuanto mayor es la energía de colisión, más profunda es nuestra sonda de espacio y tiempo. Es decir, mayor es nuestra oportunidad de lograr descubrimientos.Usando un flujo de magnetos, enviamos un haz de estos protones en una dirección y le enviaremos otro haz de estos protones en sentido contrario.

Luego, a medida que se acercan a la velocidad de la luz, los haces colisionan en diferentes puntos alrededor del anillo de aproximadamente 27 kilómetros de circunferencia. Queremos llegar a las más altas energías que podamos, y hacer las suficientes de estas colisiones para que estos raros eventos que estamos buscando puedan tener lugar en un período razonable de tiempo. Los magnetos pueden enfocar estas partículas cargadas y podemos hacer ocurrir colisiones ocurren donde queramos. Y, por supuesto, podemos tener millones de colisiones por segundo. A continuación, analizamos los resultados. Ese es el colisionador en pocas palabras.

OC: El periodismo popular ha sugerido que ustedes buscan la «partícula Dios”. Sin embargo, a los científicos no les gusta ese término, ¿verdad? ¿Por qué no?

KB: Eso implica que lo que estamos buscando va a satisfacer alguna cuestión religiosa profunda. Pero no hay ninguna relación con ella. Estamos en busca de evidencia que explicará algunas lagunas importantes en nuestra comprensión científica, no teológica.Todas las cosas que puedes ver, los planetas, las estrellas, las galaxias, los cúmulos de galaxias, es sólo un pequeño porcentaje de lo que compone el universo real.

Tenemos una teoría que se llama el Modelo Estándar de Física de Partículas y describe todo lo que sabemos acerca de todas las partículas que hemos descubierto hasta ahora. Algunas personas describen este Modelo Estándar de Física de Partículas como la teoría más grande que se haya desarrollado.Pero hay problemas con este Modelo Estándar. No explica la materia oscura y energía oscura, que son los componentes dominantes de nuestro universo. Volveremos sobre esto más adelante.

En el modelo estándar todas las partículas no tienen masa. Esa es la única manera en que los teóricos que desarrollaron este modelo pueden hacer que funcione. Pero sabemos que las partículas tienen masa. Por ejemplo, un protón es más pesado que un electrón. Un hiperón lambda es más pesado que un protón. Así que sabemos que estas cosas tienen masa, ¿pero qué es lo que les da la masa? Podría haber muchas explicaciones, pero la más probable es lo que se llama campo de Higgs. Debe su nombre a Peter Higgs, un escocés. Él teorizó que hay un campo que interactúa con las partículas y que les da la masa. Así que, si hay un campo de Higgs, entonces debería haber una partícula: el bosón de Higgs. Lo llamaron la «partícula de Dios» porque es la única pieza que falta en este Modelo Estándar. Tenemos que descubrirla para explicar cómo es que las partículas tienen masa. Se trata de una cuestión científica, no religiosa.

Hay otras ideas. Por ejemplo, algunos han sugerido que hay dimensiones extra. Nuestra experiencia nos dice que vivimos en un mundo que tiene tres dimensiones espaciales más el tiempo. Pero podría haber otras dimensiones. Si las hay, son probablemente pequeñas, y sólo pasamos a través de ellas.

OC: Usted ha hablado de la materia oscura y energía oscura. ¿Podemos hablar de las implicaciones de eso?

KB: Como ya he dicho, el Modelo Estándar es una teoría maravillosa, pero es incompleta. Hay un montón de cosas que no se explican. Alrededor de tres cuartas partes del universo está hecho de lo que llamamos energía oscura, pero no tenemos idea de lo que es. Vemos el efecto de ella sobre las estrellas y las galaxias, pero no hemos sido capaces de crearla en un laboratorio.La energía oscura es de alguna manera lo que acelera al universo a medida que se expande. En lo que algunos llaman el «Big Bang», hace 13.7 millones de años hubo una rápida expansión del espacio. Hasta hace poco tiempo se asumió que esta expansión con el tiempo se detendría y luego volvería a contraerse. Pero los datos actuales indican que el universo no sólo se expande, sino que se está acelerando. Se acelera a medida que se expande. No sabemos lo que da lugar a esta expansión acelerada, por lo que sólo le damos el nombre de energía oscura. Sin embargo, esta teoría que tenemos, el modelo estándar, falla completamente en explicarlo. No estamos ni siquiera cerca.

Y luego está la materia oscura. Los datos cosmológicos y astrofísicos y los datos de la astronomía indican que casi el 30 por ciento del universo está hecho de materia oscura. No sabemos lo que es. El modelo estándar no la explica por completo también. Así que todo lo que se ve, las estrellas, las galaxias, los cúmulos de galaxias y si hay agujeros negros, todo eso es sólo una pequeña franja del universo. El modelo estándar explica más o menos sólo el cuatro por ciento del universo. Tiene que ser incompleto porque no explica la energía oscura o la materia oscura, al menos no tal como está formulada ahora mismo.

El Gran Colisionador de Hadrones es el acelerador de partículas más grande del mundo. El colisionador se encuentra en un túnel de 27 kilómetros de circunferencia y más de 150 metros bajo tierra, cerca de Ginebra, en la frontera de Francia y Suiza.

OC: ¿Tienen ustedes problemas reconciliando este campo experimental extraordinario en que trabajan con su creencia en Dios?

KB: Eso nunca ha sido un problema. No veo ninguna incompatibilidad con ser científico y ser cristiano. Pero puedo decirte que hay momentos en miro el universo y digo: «wow!» Es un equilibrio tan delicado. Algunas personas lo han comparado a equilibrar un lápiz sobre su punta sobre la mesa y tener que permanecer en equilibrio 13.7 mil millones de años. No puede ser un proceso caótico. Algo hizo a este universo estar tan delicadamente equilibrado como lo está y que nos permite existir. Esto es bastante sorprendente, aunque nuestro nivel de entendimiento, y nuestra comprensión aumentará con el tiempo, obviamente.

Todas las cosas que puedes ver, los planetas, las estrellas, las galaxias, los cúmulos de galaxias, es sólo un pequeño porcentaje de lo que compone el universo real.

OC: Ha habido algunos informes recientes que están al borde de un gran avance. ¿Qué significa esto?

KB: Algunas personas dicen que este es el período más emocionante en la historia de nuestro campo o en muchas generaciones. Todos nuestros experimentos hasta ahora indican que tiene que haber un nuevo fenómeno que sucede cuando chocan los protones juntos como lo estamos haciendo ahora. Pero no sabemos si ese nuevo fenómeno va a ser este mecanismo de Higgs, o las dimensiones extra, o súper partículas simétricas que aparecen a partir del vacío. Y eso es lo que hace que sea emocionante.

La reciente noticia del CERN debe aclararse. Lo que se ve es la prueba viviente de que puede haber un modelo estándar del bosón de Higgs en la vecindad de 125 GeV, o algo así, pero ciertamente no es un descubrimiento. Nosotros los físicos de partículas nos referimos a la búsqueda de nuevos fenómenos (como el bosón de Higgs) en términos de la probabilidad de que lo que observamos es verdaderamente fenómenos físicos (cinco-sigma o superior) frente a si podría ser una fluctuación estadística o de alguna anomalía instrumental (menos de cinco-sigma). Nuestra experiencia nos guía a hacer una observación de cinco sigma el umbral para llamar a lo que vemos un verdadero descubrimiento. Hemos visto tres sigma efectos ir y venir en nuestro análisis.

Así, mientras que mi consejo para ti en este momento es no «apostar hasta la camisa» en estos últimos resultados de señalización de un nuevo descubrimiento, son en mi opinión tentadora evidencia de algo nuevo, un gran avance. Esa es la razón para el bombo de los medios acerca de un descubrimiento del bosón de Higgs. Con más datos y más análisis, se puede hacer una declaración fuerte de una manera u otra. En cualquier caso, 2012 será un año muy interesante si el LHC funciona, así como lo ha hecho en el 2011. Lo que entendemos ahora sólo puede ser un pequeño trozo de algo que es mucho más grande. Y para mí, ¡ser parte de esta aventura es el por qué entré en la física en el primer lugar!

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