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Las 63 partículas que nos pueden acercar a entender el universo
Ese es el número de partículas que se han descubierto gracias al Gran Colisionador de Hadrones.
Experimentos del Gran Colisionador de Hadrones han hallado nuevas partículas, que les permiten a los científicos avanzar en las teorías sobre la formación de núcleos atómicos. Foto: Martial Trezzini / EFE - Archivo / EL TIEMPO
PERIODISTA DE CIENCIAActualizado:
El experimento más grande del mundo sucede a 100 metros bajo tierra en la frontera entre Francia y Suiza. Es un colisionador de partículas de 27 kilómetros donde se reproducen las primeras millonésimas de segundo que le dieron origen al universo.
Este experimento gigante es llamado el Gran Colisionador de Hadrones o Large Hadron Collider (LHC), una máquina que acelera protones a velocidades cercanas a la de la luz para luego chocarlos en cuatro puntos en el anillo acelerador.
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En estos cuatro puntos están los grandes detectores: experimentos internacionales conocidos como ATLAS, CMS, ALICE y LHCb. Cada uno cuenta con la participación de miles de científicos y técnicos de todo el mundo, entre ellos varios grupos de investigación colombianos.
La Universidad de los Andes y la Universidad de Antioquia han hecho parte de CMS, en ATLAS han participado la Universidad Antonio Nariño y la Universidad Nacional -que también lo ha hecho en LHCb- y en ALICE ha estado involucrada la Universidad Industrial de Santander.
El Gran Colisionador de Hadrones inició en 2008 pero sus primeras colisiones de alta energía se dieron en 2010 y desde entonces ha tomado la mayor cantidad de datos de la historia científica. Desde sus inicios a hoy los experimentos han reportado el descubrimiento de 63 nuevas partículas y después de dos paradas técnicas para hacer mejoras y actualizaciones reiniciará actividades en el 2022.
El LHC tiene como propósito principal poner a prueba el llamado Modelo Estándar de Partículas, donde se conjugan los bloques fundamentales que constituyen la materia, y tres interacciones fundamentales del universo.
Los bloques fundamentales sonlos llamados quarks y leptones. Los primeros constituyen los hadrones tipo protones y neutrones, por ejemplo, y entre los leptones está el famoso electrón.
Las fuerzas fundamentales involucradas son la fuerza electromagnética, la fuerza débil y la fuerza fuerte. La electromagnética da cuenta de todos los fenómenos eléctricos y magnéticos, la débil de la desintegración radioactiva y la fuerte es la que nos dice por qué existen núcleos atómicos.
El modelo estándar predice la existencia de una partícula llamada bosón de Higgs, que sería la responsable de explicar la masa de las partículas subatómicas. La misma partícula fundamental que fue descubierta en el LHC por los experimentos ATLAS y CMS en el 2012.
Ese descubrimiento es sin duda el mayor éxito del gran colisionador. Sin embargo, otras 62 partículas han sido reportadas, 55 de ellas por el experimento LHCb, compuestas por quarks.
Inicialmente se pensó que los quarks se podían arreglar en versiones de a dos o tres, pero en el LHCb se encontraron compuestos de cuatro y hasta de cinco. Además, se ha identificado que existen seis tipos diferentes de quarks y muchas nuevas partículas son simplemente combinaciones nuevas de a dos y tres quarks de los más pesados.
La importancia de estos nuevos compuestos de quarks radica en que estamos entendiendo cómo funcionan y cómo se combinan, algo similar a cuando comprendimos por primera vez cómo se combinan los átomos para formar moléculas.
Ahora podemos hablar incluso de moléculas hadrónicas -entendiendo que hadrones son todo aquello compuesto por quarks-.
Aquí se puede consultar la lista de partículas reportadas hasta ahora por el LHC https://www.nikhef.nl/~pkoppenb/particles.html.
¿Qué sigue?
El LHC reinicia operaciones el próximo año y todos esperamos nuevas pistas para la física fundamental. El modelo estándar, aunque exitoso, no es la última palabra, tiene grandes defectos, hay preguntas que contestar como ¿qué es la materia oscura? ¿qué la compone?
Seguramente seguiremos descubriendo nuevas partículas, ojalá fundamentales, seguiremos estudiando el segundo estado mas denso de la materia: el plasma de quarks y gluones. Seguiremos buscando nuevas partículas y hasta nuevas fuerzas fundamentales que nos ayuden a entender el universo en todo su esplendor.
Jairo Alexis Rodriguez, Ph.D
Universidad Nacional de Colombia
Investigador Senior MinCiencias
Miembro de la colaboración experimental LHCb CERN.
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