Vuelve el LHC, el mayor experimento sobre la Tierra

Miles de protones acelerados hasta rozar la velocidad de la luz han chocado hoy con una energ¨ªa jam¨¢s alcanzada antes por un acelerador de part¨ªculas. Ha sido la vuelta a la acci¨®n del Gran Colisionador de Hadrones, el LHC, en Ginebra (Suiza), que intenta responder algunas de las grandes preguntas sobre el universo.

Esta instalaci¨®n operada por el Laboratorio Europeo de F¨ªsica de Part¨ªculas es el mayor experimento jam¨¢s construido en la Tierra. Dentro de su anillo de 27 kil¨®metros de di¨¢metro se emulan las condiciones que exist¨ªan fracciones de segundo despu¨¦s del Big Bang, el estallido que cre¨® el universo hace 13.700 millones de a?os. En aquel momento a¨²n no hab¨ªa ¨¢tomos, solo sus componentes indivisibles: las part¨ªculas elementales. A¨²n quedan muchas dudas de qu¨¦ sucedi¨® entonces para que las part¨ªculas elementales comenzasen a unirse hasta configurar un universo luminoso con estrellas, galaxias y planetas habitables, en lugar de aniquilarse por completo en un choque entre materia y antimateria.

La gran m¨¢quina de la f¨ªsica estaba parada desde 2019, y en 2021 comenz¨® el proceso de arranque que culmina hoy, con la observaci¨®n de las primeras colisiones de protones a m¨¢xima potencia. El LHC comenzar¨¢ a tomar datos cient¨ªficos sobre estas part¨ªculas a una energ¨ªa r¨¦cord de 13,6 teraelectronvoltios. La tercera tanda de experimentos ha comenzado oficialmente hoy a las 16:47 hora peninsular con el registro de las primeras colisiones de protones y su desintegraci¨®n en part¨ªculas elementales. Los experimentos seguir¨¢n durante casi cuatro a?os de operaci¨®n ininterrumpida. La cantidad de colisiones, desintegraciones y otras interacciones subat¨®micas ser¨¢ 20 veces mayor que durante la primera, que culmin¨® con el descubrimiento del bos¨®n de Higgs hace justo 10 a?os.

Uno de los principales objetivos del LHC en esta nueva etapa ser¨¢ generar millones de bosones de Higgs. Sin esta part¨ªcula no podr¨ªa existir el universo tal y como lo conocemos, pues otorga su masa al resto de part¨ªculas elementales al interactuar con ellas. La teor¨ªa del Modelo Est¨¢ndar formulada en los a?os setenta aporta el valor exacto de cada una de esas interacciones. Cualquier desviaci¨®n entre la teor¨ªa y lo observado en el LHC puede desvelar mecanismos, fuerzas o part¨ªculas de la naturaleza desconocidos hasta ahora. ¡°Tenemos que conseguir la radiograf¨ªa m¨¢s precisa del bos¨®n de Higgs que se haya hecho nunca para confirmar que se comporta como esperamos¡± resume Mario Mart¨ªnez, f¨ªsico de Atlas, uno de los grandes detectores del LHC.

En busca de una nueva f¨ªsica

El pasado abril, un experimento de EE UU anunci¨® una de las mayores anomal¨ªas registradas hasta el momento: la masa del bos¨®n W no es la que predice la teor¨ªa. El a?o anterior, el propio LHC y otro experimento en EE UU tambi¨¦n observaron discrepancias en el comportamiento del mu¨®n, otra part¨ªcula elemental. Es probable que el LHC pueda medir las caracter¨ªsticas de estas part¨ªculas con mayor precisi¨®n y emita un veredicto final sobre la existencia de nueva f¨ªsica. Si la hay, supondr¨ªa un descubrimiento mucho m¨¢s importante que el del bos¨®n de Higgs, pues podr¨ªa comenzar a explicar de qu¨¦ est¨¢ hecho el 95% del universo, compuesto de materia oscura y energ¨ªa oscura que los humanos desconocemos por completo.

La teor¨ªa que describe el comportamiento de la materia convencional incluye 17 tipos de part¨ªculas elementales que fueron apareciendo instantes despu¨¦s del Big Bang en tres generaciones sucesivas, cada una con m¨¢s masa que la anterior. El incremento de energ¨ªa en el LHC ¡ªque pasa de 13 teraelectronvoltios a los 13,6 actuales¡ª permitir¨¢ estudiar por primera vez la descomposici¨®n del Higgs en part¨ªculas de segunda generaci¨®n, como los muones. ¡°Las diferencias de masas entre las diferentes generaciones de part¨ªculas elementales son enormes y no sabemos por qu¨¦¡±, explica Alberto Casas, investigador del Instituto de F¨ªsica Te¨®rica, en Madrid. ¡°Hay razones fort¨ªsimas para pensar que existe una nueva f¨ªsica y una teor¨ªa superior a la actual para explicarla. Por primera vez el LHC va a poder buscarla en unos niveles de energ¨ªa inexplorados¡±, a?ade.

Casas es experto en el problema de la materia oscura, que compone el 27 % del cosmos. Aunque es invisible, los f¨ªsicos est¨¢n convencidos de su existencia por observaciones indirectas, como la fuerza de gravedad que ejerce sobre estrellas y galaxias. Hasta ahora ning¨²n experimento ha logrado detectarla de forma directa. ¡°Los f¨ªsicos sabemos muy bien lo que no es la materia oscura, pero no tenemos ni idea de lo que es. Entre todos los experimentos que intentan estudiarla, el LHC es el ¨²nico que podr¨ªa generar part¨ªculas de materia oscura¡±, resalta Casas.

La gran baza del LHC es su capacidad de acumular una gran cantidad de colisiones entre protones y su descomposici¨®n a part¨ªculas elementales y sacar resultados sobre sus masas con una alta fiabilidad estad¨ªstica. En esta fase ¡°intermedia¡± que comienza hoy, el cometido principal ser¨¢ hacer medidas de alta precisi¨®n del Higgs y el resto de part¨ªculas, explica Alberto Ruiz, del Instituto de F¨ªsica de Cantabria. ¡°Una vez terminada esta fase, se parar¨¢ el LHC para mejorar sus detectores y aumentar a¨²n m¨¢s la cantidad de colisiones que produce¡±, detalla. En 2029 el acelerador volver¨¢ a funcionar y multiplicar¨¢ por 10 la cantidad de datos acumulados hasta ahora. A partir de hoy y hasta entonces, la posibilidad de descubrir ¡°nueva f¨ªsica¡± est¨¢ abierta, concluye Ruiz.

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