Angel "Java" Lopez en Blog

Publicado el 30 de Marzo, 2010, 14:39

Luego de varios problemas que complicaron la puesta en funcionamiento, el CERN (Centro Europeo de Investigaciones Nucleares) logró la colisión de chorros de partículas, en el LHC (Large Hadron Collider, gran colisionador de hadrones). Pueden leer el reporte de prensa en:

http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2010/PR07.10E.html

(Una aclaración con respecto al título del post: el LHC tuvo sus problemas en las primeras pruebas de lanzamiento, pero ya hace ya unos meses que está en "funcionamiento", pero hoy es el primer día donde se consigue llevar a cabo este tipo de colisión de chorros de partículas, del nivel de energía alcanzado, por primera vez en la historia humana; ya tuvo otros experimientos, pero de menor nivel de energía, que se hubieran podido alcanzar en otros aparatos, sin necesidad de usar el LHC)

Leo ahí:

Geneva, 30 March 2010. Beams collided at 7 TeV in the LHC at 13:06 CEST, marking the start of the LHC research programme. Particle physicists around the world are looking forward to a potentially rich harvest of new physics as the LHC begins its first long run at an energy three and a half times higher than previously achieved at a particle accelerator.

TeV son TeraElectronVoltios, una unidad bastante grande. Lo principal a destacar es que es la primera vez que se logra este tipo de colisión. Históricamente (podría nombrar el experimento de Rutherford) el colisionar "beams" a cada vez más energías ha logrado arrojar luz sobre la estructura de la materia.

Es exagerado lo que leí por ahí "esto reproduce el Big Bang". No, estamos lejanísimos de poder reproducir el Big Bang. O de llegar a las energías necesarias, siquiera. Otra: ni siquiera llamar a esto "un mini Big Bang" le hace justicia, ni al Big Bang, ni a dos chorros de partículas chocando.

¿Por qué es tan importante este experimento? Primero: esta fue la primer colisión de este nivel. Quedan algunos años por delante de más experimentos y análisis de los resultados. Lo interesante es que hay varias ideas teóricas sobre cómo es la estructura de la materia (habrán escuchado por ahí del modelo estándard y de la teoría de cuerdas),  y se ha llegado a un punto donde es necesario dejar la especulación teórica y contrastar contra la realidad algunas predicciones. La más importante, es la existencia de un supuesto bosón de Higgs. Desde Faraday, han aparecido en física campos, y en el siglo pasado, teorías gauges. Electrodinámica cuántica, cromodinámica cuántica, son teorías de campos. En esas teorías, hay "partículas" y hasta las interacciones son intercambios de partículas. Pero de alguna forma, la gravedad, y la explicación de la existencia de masa inercial y gravitatoria, quedaban afuera de las explicaciones. Una forma (en mi opinión, muy especulativa) es la existencia de un campo de bosones de Higgs, que posee un mecanismo para "dotar" de masa al resto de las partículas. Los físicos están fascinados, porque este tipo de partícula, predicho por alguna rama teórica desde hace décadas, tiene una especie de simplicidad, de belleza, que habrá que ver si la realidad cumple en retribuir.

Sigo leyendo en el comunicado de prensa (disculpen que no traduzca):

"It"s a great day to be a particle physicist," said CERN1  Director General Rolf Heuer. "A lot of people have waited a long time for this moment, but their patience and dedication is starting to pay dividends."

"With these record-shattering collision energies, the LHC experiments are propelled into a vast region to explore, and the hunt begins for dark matter, new forces, new dimensions and the Higgs boson," said ATLAS collaboration spokesperson, Fabiola Gianotti. "The fact that the experiments have published papers already on the basis of last year"s data bodes very well for this first physics run."

Es un punto interesante en la historia de la ciencia física: hay una esperanza de simplicidad y de belleza, que impulsa a varios (recordaría a Einstein, Dirac) a buscar una formulación que refleje esa simplicidad y belleza.

Con respecto al bosón de Higgs, los experimentos planeados para el LHC podrán arrojar luz sobre si hay efectos que algunas teorías predicen, y otras niegan. Podría hablar acá de "experimento crucial" (no recuerdo acá quién creó esa expresión ¿Hempel?). Pero como se ha visto (¿Hempel de nuevo?) ante un experimento que desmienta una teoría, pueden buscarse caminos para defenderla y aún explicar el contra-fenómeno.

Otra teoría que podría ser puesta a prueba por los resultados de LHC, es la supersimetría. Bastante especulativa, según mi opinión, nace de la necesidad de compensar resultados en el modelo estándar: si sólo existieran las partículas propuestas, se llegaría a obtener infinitos en algunas relaciones del bosón de Higgs con el resto del sistema. Para explicar rápido y pronto (y mal), es como que las partículas "ordinarias" contribuyen con una serie +1 +1 +1 .... con el bosón de Higgs (podría llamarlo con la masa del bosón), que daría un resultado infinito. Se postula (un "gran salvar las apariencias", no puedo menos que pensar en los hepiciclos de los astrónomos griegos, agregados para corregir los resultados que no concordaban con su modelo) que cada partícula ordinaria, tiene su par "super simétrico" (explicar por qué aparece simetría en esta expresión, me llevaría como dos años de posts, baste por ahora nombrar que la simetría ha cumplido un GRAN protagonismo en la formulación de las teorías de los últimos, digamos, siglo y medio, si quieren siquiera comenzar a sospechar su influencia ver http://en.wikipedia.org/wiki/Noether%27s_theorem). A ver si me entienden: los proponentes de la supersimetría, no contentos con toda la fauna de partículas de modelo estándar, sacan de la galera toda otra clase de partículas, sin mayor evidencia. Los físicos de altas energías esperan que el LHC nos dé alguna evidencia de la existencia de la supersimetría (que recuerde, los niveles de energía esperados no permitirían "sintetizar" una partícula supersimétrica, pero sí observar algunos efectos, sería como "ver la sombra" de esas postuladas partículas). Lo que sí hacen los modelos supersimétricos es, de nuevo, aportar cierta simplicidad, belleza, en lo que proponen. Pero de nuevo, habrá que ver si la realidad concuerda con nuestros criterios de simplicidad y belleza.

Leo en artículo sobre Supersimetría en la Wikipedia:

If supersymmetry exists close to the TeV energy scale, it allows for a solution of the hierarchy problem of the Standard Model, i.e., the fact that the Higgs boson mass is subject to quantum corrections which — barring extremely fine-tuned cancellations among independent contributions — would make it so large as to undermine the internal consistency of the theory. In supersymmetric theories, on the other hand, the contributions to the quantum corrections coming from Standard Model particles are naturally canceled by the contributions of the corresponding superpartners. Other attractive features of TeV-scale supersymmetry are the fact that it allows for the high-energy unification of the weak interactions, the strong interactions and electromagnetism, and the fact that it provides a candidate for Dark Matter and a natural mechanism for electroweak symmetry breaking.

Es un párrafo muy corto para dar perspectiva de todo lo que implica la supersimetría. Pero vean que, a simple vista, solucionaría varios temas.

Hay que destacar algo notable (o esperable): toda esta investigación sobre los elementos mínimos de la materia tiene repercusión sobre nuestros modelos de la formación del Universo, Big Bang, cosmología, constantes de la naturaleza, y la tan mentada "materia oscura" (otro constructo derivado teóricamente, pero no comprobado, aunque debería revisar algunos "papers" de este año).

¿Mis ideas? Pienso que la unificación de la gravedad con todas las teorías gauge nos llevará a sorpresas. Hay flotando desde hace décadas la idea de que esa unificación es posible, y hacer que la gravedad también sea una teoría gauge, con su propia partícula, el gravitón. Las teorías de cuerdas dan cuenta de la existencia de ese tipo de partícula asociada con la gravedad. Es más, la derivan inevitablemente: esa es uno de los atractivos de las teorías de cuerdas, no hay que poner el gravitón como inventándolo, viene solo con la teoría. La teoría de cuerdas también solucionan los infinitos de adoptar formulaciones como los diagramas de Feynman "pelados": en vez de líneas, tendríamos cuerdas con cierta "dimensión", "extensión", no una línea sin "espesor", que provoca la aparición de varios infinitos cuando se opera con esas teorías (por favor, confirmar esto, son "pasadas en limpio" de las imágenes que me he formado de lo que se está discutiendo en la física de estos días). Pero aún así, puede que la realidad nos sorprenda, que la gravedad no sea como las otras fuerzas, tal vez, logramos hacer que "emerja" desde otras ideas fundamentales. Ideas como el universo holográfico, conservación de información en agujeros negros, explicar el corrimiento al rojo de las galaxias de otras formas (quisiera escribir sobre explicaciones alternativas), y ahora, estos experimentos, hacen que vivamos tiempos interesantes. Tal vez no haya grandes iluminaciones, como las aportadas por Einstein y Dirac, no es tan fácil esta vez, pero estos experimentos de LHC espero que pasen más en limpio muchas ideas. Es tiempo de la contrastación.

Mis enlaces sobre el tema y relacionados:

http://delicious.com/ajlopez/lhc
http://delicious.com/ajlopez/cosmology

Ya escribí sobre partículas elementales, modelo estándar, fundamento de la materia, teorías gauge y demás, con más enlaces, en mis anteriores posts, los más relevantes con respecto a éste serían:

Demasiadas partículas elementales
Max Planck y la conservación de la energía (algo comento sobre la simetría)

Nos leemos!

Angel "Java" Lopez
http://www.ajlopez.com
http://twitter.com/ajlopez

Por ajlopez, en: Ciencia