PhD Comics de nuevo

Cada cierto tiempo la cercania de los post de PhD Comics con mi vida diaria es exacta. En este caso la unica diferencia es que saque todo del escritorio y lo puse en la carpeta “Documentos”. Click en la foto para agrandar.

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El año del gran colisionador (Parte 3/3)

CMS, otro de los detectores, que compite con ATLAS entre otras cosas por quien ve primero el Higgs.

El mini BIG BANG

Junto con el tema del agujero negro, otro de los asuntos que le dio publicidad al LHC fue el hecho que se hablara de “recrear el big bang”, la explosión que dio comienzo al universo. Sumado al hecho de llamar al Higgs “partícula Dios” (provee de masa a la materia) hizo a saltar a fanáticos religiosos acusando a los científicos de jugar a ser dioses, que estaban creando un Frankenstein y cosas por el estilo.

La verdad, el LHC no provocará un “mini big bang”, lo que si se espera es que recree algunas de las condiciones que había en el universo fracciones de segundo después de que ocurriera la explosión.
En la actualidad creemos que fracciones de segundo posteriores al Big Bang las partículas más pequeñas que componen la materia, los quarks y gluones, nadaban “libres” en una especie de sopa caliente llamada “Quark-gluon Plasma” (QGP), cuando esta sopa se enfrió los gluones y quarks se confinaron (se ataron) para formar partículas como los protones y neutrones, que a su vez al “juntarse” con electrones fabricaron los átomos de la materia que conocemos.

Si lográramos calentar nuevamente estos átomos (específicamente sus núcleos) podríamos en teoría fabricar Quark-Gluon Plasma y estudiar algunas de las propiedades del universo temprano. En física de altas energías “calentar” partículas es acelerarlas y hacerlas chocar. Hasta el momento ningún colisionador había alcanzado las energías que se creen necesarias para observar este nuevo estado de la materia (el QGP).

Lo que el LHC hará es acelerar núcleos pesados (creo que mayormente de oro) y los hará colisionar. Si las predicciones son correctas ALICE (uno de los detectores del LHC) será capaz de detectar QGP y como dije recrear algunas de las condiciones de las etapas tempranas del universo. Como ven lo que el LHC hará dista mucho de crear un nuevo Big Bang, aunque creo que esto último le da una publicidad que de otra manera no hubiera sido difícil obtener.

 

 

 

Varias vista de una colision vista desde ATLAS

 

 

Para terminar quiero mencionarles que mucha de la tecnología hoy utilizada proviene de descubrimientos científicos que en su momento no tenían absolutamente ninguna utilidad práctica. Como dice un profesor que tuve, si en el siglo XIX no hubieran destinado dinero en investigación para mejorar las comunicaciones es muy poco probable que Hertz recibiera algo para su investigación en ondas electromagnéticas, probablemente se la hubieran otorgado a alguien que se hubiera dedicado a criar caballos más veloces o hacer carruajes más livianos.

Las aplicaciones de los descubrimientos del LHC escapan a nuestra imaginación y es muy probable que no las veamos, lo importante es que este año será recordado como el año que dimos el primer paso para crearlas.

Esta serie de articulos aparecio publicada como uno solo en el portal penquista vitrinasur.cl

El año del gran colisionador (Parte 2/3)

¿Para qué?

Ya mencioné que el principal propósito del LHC es satisfacer la curiosidad científica. Quiero explayarme un poco acerca de eso, ya que lo único que apareció en los medios masivos el año pasado era lo concerniente al bosón de Higgs o partícula “Dios” (llamando la atención por ese último nombre) que si bien es importante está muy lejos de ser el principal propósito de esta máquina.

Simplificando el negocio de la física de partículas funciona así: están los físicos teóricos y los experimentales. Los primeros son los encargados de formular teorías y modelos acerca del funcionamiento de la naturaleza a partir de evidencia experimental, abstracción mental o a veces pura “intuición”. Albert Einstein, es uno de lo más conocidos. Por otro lado, los experimentales son los encargados de diseñar experimentos y construir maquinas que permitan testear teorías y modelos.

Aunque generalmente son dos especies distintas, existen notables excepciones, como Enrico Fermi, físico italiano ganador del premio nobel reconocido por sus importantes contribuciones a la física de partículas.

Cuando el negocio anda bien, el teórico formula una idea simple, elegante y suficientemente general como para ser llamada teoría. Un par de años después a algún experimental realiza un experimento que confirma la teoría y ambos se ganan el premio Nobel.
Cuando no anda tan bien el teórico desarrolla un modelo (menos general que una teoría ya que solo funciona para escenarios bien restringidos) el experimental logra testearlo y el modelo recibe el nombre de ambos.
Cuando el negocio derechamente no funciona es cuando o el teórico predice algo que no sucede o el experimental aparece con algo que el teórico ni siquiera soñó.

Pues bien, el escenario actual de la física de altas energías (o de partículas) es el de una empresa que tiene todo tipo de negocios. Existe algo llamado “Modelo Estándar de las partículas elementales” que funciona razonablemente bien explicando tres (nuclear fuerte, nuclear débil y electromagnética) de las cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza (falta la gravedad).
Este modelo ha sido testeado por experimentos y aceleradores de partículas en el pasado, sin embargo, hasta hace algunos años no estaba completo, faltaba por explicar cómo es que las partículas adquieren masa (como pasan de tener solo energía a tener masa).

Una solución a este problema fue planteada en los ‘70 por Peter Higgs. Su solución requería introducir una nueva partícula que posteriormente se denominó bosón de Higgs (Un bosón es un tipo de partícula). El problema es que para observar el Higgs se necesita de un acelerador que solo hoy en día podemos construir. Si el bosón de Higgs es encontrado el Modelo Estándar habrá probado ser un muy buen negocio para Higgs y los experimentalistas. Sin embargo, estará muy lejos de ser el final de la historia.

Para ponerlo en perspectiva imaginemos que estamos en la más absoluta oscuridad. Los teóricos empiezan a predecir que hay a nuestro alrededor intuyendo que encontraríamos si lográramos iluminarla. Supongamos que predicen que al iluminar la habitación encontraríamos una puerta. De alguna manera un experimental logra fabricar un fósforo y encenderlo por un segundo, vemos lo que parece el contorno de una puerta pero antes de seguir observando, el fósforo se consume. Quizás si hubiéramos visto la manilla estaríamos seguros que es una puerta. Entonces para poder averiguarlo los experimentales se proponen construir una vela que nos de la claridad suficiente para saber si lo visto era realmente una puerta. Puede ser que la vela dure lo suficiente para ver otras cosas en la habitación, pero aún no lo sabemos.

En este ejemplo el Modelo Estándar es lo que vimos como puerta, predicho casi en su totalidad por teóricos y testeado por experimentales; el bosón de Higgs, la prueba final que verifica nuestra predicción, vendría a ser la manilla; el fósforo, los experimentos pasados que nos permitieron ver todo eso; y la vela en construcción, es el LHC que nos permitirá saber si lo que vimos fue una puerta o no (buscando la manilla) pero que además nos puede permitir saber qué otras cosas hay en la habitación.
Teóricos predijeron que hay ventanas, otros que hay un escritorio o una cama. Bien, el LHC nos mostrara parte de todo eso. Existe algo así como un consenso que observaremos el bosón de Higgs ¿pero si eso no ocurre? Significa que lo que creíamos que era una puerta no lo es, es otra cosa, o saliendo del ejemplo, significa que el Modelo Estándar es incorrecto y debe ser modificado.

A pesar del consenso hay quienes piensan que no veremos el Higgs en el LHC y están dispuestos a apostar a ello, como es el caso del físico teórico Stephen Hawking que apostó 100 dólares a que este no será encontrado. Yo me pregunto si le apostó a cada participante del proyecto, porque si es así está a un paso de convertirse en alguien o muy rico o muy pobre, ya veremos.

 

Negocios que no funcionan

 

Vista del LHC en el tunel mientras era construido

Así como el Modelo Estándar es un negocio que hasta el momento nos ha funcionado bien hay otros que han sido un fracaso. Sin duda el más llamativo de ellos (quizás por su nombre) es el de la Materia Oscura. Resulta que si miramos al cielo una noche despejada en algún lugar alejado de las luces de la ciudad, solo estaríamos mirando un 30% de lo que realmente hay allá arriba, observaciones astronómicas muestran de que el 70% del universo está compuesto de algún tipo de materia que no emite luz ni calor: la materia oscura.

Ningún teórico predijo tal cosa y hasta el día de hoy nadie sabe que es esta materia, sin embargo, la literatura científica está inundada de modelos y posibles explicaciones todavía sin ninguna prueba empírica que las avale.
Una de las esperanzas más grandes para el LHC es que este sea capaz de corroborar algunos de los modelos y convertir el negocio de la materia oscura en uno exitoso. Eso, supongo, sería mucho más importante que descubrir el bosón de Higgs. Explicar de qué esta compuesto el 70% es un logro para nada despreciable.

Pero si de grandes búsquedas se trata hay una que se lleva todos los premios: la unificación de las cuatro interacciones de la naturaleza en una sola teoría. Einstein la buscó gran parte de su carrera luego de descubrir la relatividad general y es hasta el día de hoy el “Santo Grial” de la Física.

Si bien nadie espera que observemos efectos gravitacionales en el LHC (el problema es que la gravedad es muy débil comparado con las otras tres) existe la esperanza de que se logre observar algún efecto secundario de una de las teorías que clama ser la unificadora de todas las interacciones de la naturaleza: la teoría de cuerdas.
Este punto es bien controversial, poder estudiar gravedad en el LHC sería tan extraordinario que ese escenario solo parece ser esperado sólo por los más optimistas. Que yo sepa nadie se ha atrevido apostar nada todavía.
En la analogía con la habitación oscura, construir una máquina como el LHC para estudiar la gravedad equivaldría a construir un generador eléctrico, llenarlo de gasolina e instalar una red eléctrica que nos permita iluminar la habitación completamente y observar cada detalle de ella. Si construir una vela es de una complejidad enorme imagínense lo que debe ser lo otro, simplemente imposible para la tecnología actual y la que esperamos en el futuro cercano y medianamente lejano.