En busca del cosmos bebé

Autor: 

Toni Pradas
|
09 Enero 2016
| |
0 Comentarios

Crédito de fotografía: 

Ilustración: Antoine de Saint-Exupéry

Me gusta: 

Quarks, kaones, piones, leptones, bosones… Ufff… También gravitones, neutrinos, electrones, gluones… Parecen nombres de villanos de historietas, pero es la familia de partículas subatómicas que crece y cada vez aparecen más componentes, menudos, simpáticos, cuantiosos, como si se tratara de una madriguera de hámsteres. Para colmo, cuando ya no nos quedaban dedos para enumerarlos, fue descubierto el más famoso y escurridizo, el efímero bosón de Higgs, del que todo el mundo habla enarcando las cejas porque se trata, ni más ni menos, del “eslabón perdido” de la Física. O como muchos han preferido llamarle: la “partícula de Dios”.

Pero para ser puntillosos, el bosón de Higgs realmente no es una partícula sino la excitación de un campo. Antonio Ruiz de Elvira, catedrático de Física Aplicada de la Universidad de Alcalá, en España, sabe ingeniárselas para que los profanos no se queden sin entender. El bosón, dice, es como el hocico del pez que roza la superficie del estanque (el campo) y desaparece de nuevo. ¿Excitante, no? Y si el estanque es como el Mediterráneo y el pez toca esa superficie una vez cada año, es difícil poder observar el evento. Hay que estar muy, pero que muy atento… y sin pestañear.

Quizás parezcan exageradas las proporciones que usa Ruiz de Elvira;  sin embargo, el catedrático hace bien su entalle de la realidad. Digamos que para lograr esa “excitación”, se necesitó una complejísima tecnología para estrellar hadrones (partículas subatómicas), más exactamente haces de protones, con la codicia científica de examinar, luego de semejante encontronazo, la validez y límites del Modelo Estándar de la física de partículas.

Este Modelo es una teoría desarrollada entre 1970 y 1973, y describe las relaciones entre las interacciones fundamentales conocidas y las partículas elementales que componen toda la materia.

Una partícula elemental propuesta por esa teoría es el susodicho bosón, aludido así en honor a Peter Higgs. El británico, junto a otros, propuso en 1964 el hoy llamado mecanismo de Higgs para explicar el origen de la masa de las partículas elementales y su clarividencia hasta le valió un premio Nobel, en 2013.

Ese descubrimiento fue posible gracias a un acelerador y chocador de partículas, uno de los artefactos más gigantescos que mente humana elucubrara. Estamos hablando del Gran Colisionador de Hadrones (LHC, sus iniciales inglesas), enquistado cerca de Ginebra, en la bucólica frontera franco-suiza, tras los muros de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (mejor conocida como CERN, siglas en francés de su antiguo nombre).

Es decir, se ha necesitado un aparato de 27 kilómetros de circunferencia y alrededor de diez mil interconexiones de imanes superconductores para pescar esa “chispita” indetectable, pues no posee carga eléctrica o color, es muy inestable y se desintegra rápidamente.

Pero valió la pena. Incluso más que obtener constancia del beso anual de un pez en la gigantesca pecera mediterránea. Sin el bosón, anotemos, las partículas no podrían mantenerse unidas y no habría ni pizca de materia: Sin el bosón no podríamos indagar sobre aquel minuto del parto sin tocólogo de nuestra casa sideral.

Quintillizos

Tras descubrir el 4 de julio de 2012 esa piedra angular de la estructura fundamental de la materia, el LHC, exhausto, se tomó unas calladas vacaciones. Los científicos lo enfriaron a temperaturas cercanas al cero absoluto y luego lo mimaron durante dos años con mantenimientos y reparaciones. Unos 150 millones de dólares permitieron casi doblarle la potencia energética para poder colisionar átomos con mayor pujanza, lo que permite crear condiciones similares a las de los primeros instantes del Universo.

Hasta que el 3 de junio pasado le quitaron las sábanas, lo desperezaron e iniciaron una nueva fase de experimentos inéditos. De tal suerte, a mediados de septiembre, el CERN hizo un nuevo anuncio que dejó a la comunidad física boquiabierta.

Soterrado a cien metros y con acelerones cercanos a la velocidad de la luz, el LHC había permitido descubrir una nueva categoría de partículas, los pentaquarks, cuya existencia se sospechaba pero nunca había sido demostrada por los científicos.

El pentaquark –explicó entonces en un comunicado el portavoz del experimento, Guy Wilkinson– está compuesto por quarks; es decir, los constituyentes fundamentales de los protones y de los neutrones, asemblados en una configuración que no había sido jamás observada en más de medio siglo de investigaciones.

Así fue como dedujeron que gracias a este parto, el estudio de las propiedades de los recién nacidos “quintillizos” podría permitirles comprender mejor cómo se constituye la materia ordinaria, “esto es, los protones y los neutrones de los que estamos todos formados”, añadió Wilkinson.

Es más: los investigadores, según el estudio que publicaron en Physical Review Letters, expusieron que el pentaquark no es solo una nueva partícula, sino una forma de agregar quarks.

La existencia de esta miga física fue sugerida por primera vez en 1963 por los teóricos Murray Gell-Mann (Premio Nobel en 1969) y George Zweig, cada uno por su parte, y fue descrita como un componente básico de los hadrones, que están compuestos de protones y neutrones. Dicho de otra forma: La teoría del quark que cavilaran ellos, postulaba que esta es la partícula más pequeña de la materia, la cual es capaz de transportar cargas eléctricas.

En tanto, la palabra quark se le debe a Gell-Mann, quien se la robó con humor y viveza de una frase del escritor James Joyce.

Como quien ordena un zoo, Gell-Mann fue más lejos y propuso una distinción entre dos categorías de partículas: por una parte los bariones –entre los que se encuentran los protones y los neutrones– y por la otra, los mesones. Los bariones están compuestos por tres objetos complementarios, llamados quarks; y los mesones están formados por pares de quarks y antiquarks (su antipartícula).

Hasta hace poco solo se habían detectado hadrones con dos o tres quarks. En los últimos años, los físicos tuvieron evidencia de hadrones conformados por cuatro quarks, llamados tetraquarks. Sin embargo, los primeros anuncios sobre la detección de pentaquarks que contienen cuatro quarks y un antiquark, fueron refutados, como ocurrió con un experimento japonés en 2003. ¡Qué fastidio ha sido desenmascarar al pentaquark! Hasta que los expertos dijeron que los recientes resultados de la “máquina de Dios” sí parecían creíbles.

La clave, se ufanaron los autores, fue buscar pentaquarks a partir de varios ángulos diferentes. “Es un poco como si los estudios precedentes hubieran buscado siluetas en la oscuridad, mientras que el LHC llevaba a cabo las investigaciones a plena luz del día y bajo todos los ángulos”, explicó la organización europea.

No obstante, Sheldon Stone, físico en la Universidad de Syracuse, en Nueva York, coautor del estudio, cree que lo ocurrido fue más bien un golpe de suerte. “Él nos encontró”, rió Stone. Y no solo tropezaron con un pentaquark después de una búsqueda de 50 años, sino que obtuvieron dos diferentes: “Es grande tener suerte o ser bueno, pero es mejor ser bueno y afortunado”, filosofó.

El hallazgo, a raíz de los experimentos, puede representar un avance importante en los estudios de la Física sobre el origen del Universo. "Si se verifica el descubrimiento, marcará el inicio de toda una nueva forma de materia", agregó el físico teórico Eric Swanson, de la Universidad de Pittsburgh, Estados Unidos.

De manera que una vez escanciado el champaña de la celebración, a los sesudos no les quedó otro camino que calarse las gafas y volcarse hacía la siguiente etapa del estudio: analizar la manera en la que los quarks están unidos al interior de los pentaquarks.

Cinco cosas por descubrir

Sin duda, los científicos quieren revelar muchos misterios del Universo aún pendientes y para ello, con toda seguridad, usarán el Gran Colisionador contra todo hadrón que se le ponga delante.

De momento, ya han priorizado cinco papeletas con igual cantidad de preguntas que se han jurado responder.

1-¿Nos depara nuevas sorpresas el bosón de Higgs?

Los investigadores creen que todavía podemos aprender mucho más para entender mejor el venerado bosón. Por ejemplo, cómo decae y si coincide con las predicciones teóricas. Incluso, cualquier cosa fuera de lo normal sería una gran ayuda para los físicos, por ello buscan pruebas de nuevos fenómenos que puedan explicar algunos de los enigmas de la Física que están aún sin resolver.

2-¿Qué es la materia oscura?

Sea de una célula o de una galaxia, esa materia que conocemos es la llamada materia ordinaria. Y si bien es tan común, solo representa el 15 por ciento de toda la que existe en el Universo. Los científicos no tienen duda de que necesariamente existe otra, el resto, llamada materia oscura, que es invisible para nosotros pero sus efectos gravitatorios se hacen notar en el cosmos. Por supuesto, en el LHC buscarán evidencias de la existencia de WIMP (siglas inglesas de las Partículas Masivas de Interacción Débil) que, se cree, componen la materia oscura. Sus huellas también podrían aparecer en el chico predilecto de los físicos: el bosón de Higgs.

3-¿Encontraremos la supersimetría?

La supersimetría, una teoría muy popular de la física de partículas, respondería muchas incógnitas, entre estas por qué la masa del bosón de Higgs es más ligera de lo esperado. Esta teoría propone una serie de partículas elementales exóticas que son gemelas más pesadas de aquellas ya conocidas, pero con un espín (momento intrínseco de rotación) diferente. Las energías más altas en el mejorado LHC podrían impulsar la producción de las hipotéticas partículas supersimétricas, llamadas gluinos. Con una gran cantidad aumentarían las probabilidades de encontrarse las respuestas.

4¿Dónde está la antimateria perdida?

La cuestión de la “antimateria perdida” ha tenido en ascua a los físicos durante décadas. Según la teoría, durante el Big Bang inevitablemente tuvo que producirse una cantidad igual de materia que de antimateria y estas, sin dar ni pedir perdón, se aniquilan entre sí cuando se encuentran. Pero si todo lo que vemos a nuestro alrededor está hecho de materia, ¿a dónde ha ido a parar entonces la antimateria que falta? Para saberlo, echarán mano al LHC, que podría probar con precisión cómo la materia venció (afortunadamente para nuestras vidas) a la antimateria en esta contienda.

5¿Cómo fue el origen del Universo?

Justo después del Big Bang, el Universo estaba tan caliente y denso que los protones y los neutrones no podían formarse. Así, las partículas que los componen –quarks y gluones– flotaban en una suerte de sopa conocida como “plasma de quarks y gluones”. Para estudiar este tipo de materia, en lugar de protones el LHC utiliza núcleos de plomo para producir colisiones extraviolentas que recrean la bola de fuego del Universo primigenio. Con más colisiones del acelerador, los investigadores serían capaces de ver con mayor precisión cómo era entonces nuestro cosmos bebé.

Galería
0 Comentarios

Añadir nuevo comentario