Sesión del día 7 de Noviembre de 2006 - El CERN y la Megaciencia
"El CERN y la Megaciencia "
por el Excmo. Sr. D. José Aguilar Peris.
Catedrático de Física Aplicada (Termología)
Universidad Complutense de Madrid
Académico de Número
Real Academia Nacional de Medicina
Sillón nº 20 - Ciencias Físicas -
RESUMEN
Ante la situación de retraso científico experimentado por la ciencia europea al finalizar la II Guerra Mundial, los Premios Nobel I. Rabi y L. de Broglie comprendieron que ningún país de Europa, por sí sólo, podía competir con los E.E.U.U. en la investigación de vanguardia de la Física Nuclear. Ante esta situación, en un mensaje dirigido a la Conferencia Mundial de la Cultura en 1949, propusieron la creación de un laboratorio internacional formado por un grupo de naciones europeas que colaborase conjuntamente en la investigación de la Física de partículas nucleares, convertida en la primera ciencia “pesada” o megaciencia por su exigencia de aceleradores y otras máquinas de tamaño y costo cada vez mayor.
En 1954 los representantes de 12 estados europeos firmaron el convenio de creación del CERN ( Conseil Europeen de la Recherche Nucleaire ) y su construcción en Ginebra. Hoy podemos decir que el CERN es el centro de investigación de partículas más importante del mundo.
Entre los éxitos más celebrados del CERN deben mencionarse los relacionados con los grandes colisionadores de partículas LEP y LHC. El primero se construyó dentro de un túnel circular de 27 km de circunferencia situado a 110 m de profundidad en la frontera franco-suiza y durante varios años ha estudiado los sucesos que se verifican cuando electrones y positrones chocan entre sí a temperaturas próximas al cero absoluto y energías de 200 GeV (1 GeV = 109 eV) circulando por el túnel en sentidos contrarios. En estos choques se producían partículas Z y W y se confirmó la unificación de las fuerzas electromagnética y nuclear débil del universo (fuerza electrodébil). También se confirmó que toda la materia del universo, incluida la que constituye los seres vivos, estaba compuesta por dos tipos de quarks (arriba y abajo) y dos tipos de leptones (el electrón y su neutrino).
En cuanto al gran colisionador LHC ( Large Hadron Collider ) es un acelerador de partículas diseñado para buscar respuestas en el siglo XXI a preguntas básicas que no pudieron ser explicadas durante el siglo pasado. Entre ellas se encuentran las siguientes:
• ¿Por qué mecanismo las partículas elementales adquirieron su masa en los comienzos del universo?
• ¿Por qué estas masas son tan diferentes en partículas como el electrón y el protón que comparten la formación del átomo de hidrógeno?
La respuesta puede deberse al llamado Campo de Higgs y las partículas adquieren su masa al interaccionar con dicho campo. Si la interacción crece, mayor es su masa, pero la verdad es que este campo no se ha detectado nunca.
La antimateria es otro de los enigmas que el LHC intentará resolver. En el origen del universo debieron crearse cantidades iguales de materia y antimateria y, sin embargo, nuestro universo parece estar constituido sólo de materia.
• ¿Qué ocurrió con la antimateria?
• ¿Por qué no se destruyeron mutuamente?
El LHC puede tener su última palabra en estas cuestiones.
Para disminuir costos el LHC funcionará en el mismo túnel del LEP del CERN. Sus cuatro gigantescos detectores estudiarán los millones de reacciones nucleares que tendrán lugar cuando los dos haces de protones circulando en sentido inverso choquen entre sí con una energía de 14 TeV (1Tev = 1012 eV). Interpretar lo que sucede en estas colisiones será la clave del éxito del LHC cuya puesta en servicio está prevista para el verano de 2007.
ABSTRACT
In this work we analyse the biggest particle accelerator in the world: the LHC (Large Hadron Collider). The ring shaped tunnel is 27 km long and it is buried over 110 meters underground, straddling the border betwen France and Switzerland at the CERN laboratory near Geneva . Its mission is to recreate the conditions that existed shortly after the Big-Bang and to look for the hypothesised Higgs particle. The LHC will accelerate protons near the speed of the light and collide them head on at an energy of to 14 TeV (1 TeV = 1012 eV). Keeping such high energy in the proton beams requires enormous magnetic fields which are generated by superconducting electromagnets chilled to less than two degrees above absolute zero. It is expected that LHC will be inaugurated in summer 2007.