El Gran Colisionador de Hadrones explicado
26 de mayo de 2024Temporada 3Episodio 5
Equedia Investment Letter
Es enorme.
Tiene 27 kilómetros de largo y se encuentra a 100 metros bajo tierra.
Requirió el trabajo de miles de personas de más de 100 países durante 30 años para construirse.
Cuesta más de 5.000 millones de dólares.
Es el instrumento científico más grande jamás construido por el ser humano.
Se ha dicho que puede abrir portales a otras dimensiones e incluso crear agujeros negros.
Y ha sido encendido.
Versión en texto completo con imágenes y gráficos aquí: https://www.equedia.com/large-hadron-collider-explained/
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Es enorme.
Tiene 27 kilómetros de largo y se encuentra a 100 metros bajo tierra.
Requirió el trabajo de miles de personas de más de 100 países durante 30 años para construirse.
Cuesta más de 5.000 millones de dólares.
Es el instrumento científico más grande jamás construido por el ser humano.
Se ha dicho que puede abrir portales a otras dimensiones e incluso crear agujeros negros.
Y ha sido encendido.
¿Qué es entonces?
Se llama el Gran Colisionador de Hadrones (LHC).
Construido por la Organización Europea para la Investigación Nuclear, más conocida como CERN, es el sistema de vacío operativo más grande del mundo y el acelerador de partículas más grande y potente: un largo tubo circular compuesto por tuberías especiales que están tan vacías como el espacio interestelar y más frías que el espacio mismo.
De hecho, la temperatura dentro de esas tuberías es de unos increíbles -271,3 °C, apenas unos pocos grados por encima de la temperatura en la que cesa todo movimiento molecular: el cero absoluto.
Sin embargo, puede generar una asombrosa temperatura de 5 billones de grados Celsius, más caliente que la explosión de una supernova y 366.000 veces más caliente que el centro del sol.
No es de extrañar que algunos crean que puede crear un agujero negro y destruir el mundo.
Pero, ¿qué es en realidad?
Es un acelerador masivo de partículas.
No se preocupe; los aceleradores de partículas existen desde la década de 1930.
Se utilizan para producir partículas energéticas con el fin de explorar qué compone el centro de los átomos, la estructura del núcleo atómico.
Estos aceleradores pueden tener forma de anillos, donde las partículas giran en círculos, o de líneas rectas, donde las partículas van rápidamente de un extremo a otro.
Funcionan mediante el uso de campos eléctricos para empujar las partículas en una dirección, creando más energía y haciendo que se muevan más rápido.
En teoría, la longitud de un acelerador, como un acelerador de partículas, está directamente relacionada con la energía y la velocidad de las partículas que puede producir.
Los aceleradores más largos permiten una mayor aceleración, lo que significa que las partículas pueden alcanzar velocidades más altas. Esto se debe a que las partículas son aceleradas múltiples veces a medida que viajan a lo largo del acelerador, ganando más velocidad con cada pasada.
Con 27 kilómetros de longitud, el Gran Colisionador de Hadrones acelera protones hasta alcanzar casi la velocidad de la luz antes de hacerlos colisionar entre sí.
¿Pero por qué?
Los protones son unas de las partículas más pequeñas que conocemos en la actualidad, superadas únicamente por los quarks y los leptones (más sobre esto en un momento).
Para ponerlo en perspectiva, un protón es unas 100.000 veces más pequeño que el átomo en el que reside.
Imagine un grano de arena que suele medir entre 0,5 y 2 milímetros. Ahora considere que un protón es unas 100.000 veces más pequeño que ese grano de arena. Si un grano de arena tuviera el tamaño de la Tierra, un protón tendría aproximadamente el tamaño de una pequeña canica en esa escala.
Y esa ni siquiera es la parte más sorprendente.
Dentro del Gran Colisionador de Hadrones, dos haces de partículas de alta energía que transportan protones viajan a una velocidad cercana a la de la luz antes de ser colisionados. Los haces viajan en direcciones opuestas en conductos separados dentro de un espacio del grosor de un cabello humano.
Esa hebra de cabello puede parecer pequeña, ¡pero un protón comparado con el grosor de su cabello es como un grano de sal comparado con toda la Tierra!
Hacer colisionar protones que viajan a una velocidad cercana a la de la luz es extremadamente difícil, similar a disparar dos agujas separadas por 10 kilómetros con tal precisión que se encuentren a mitad de camino y se partan mutuamente.
Entonces, ¿cómo lo logran?
Para garantizar que los protones se mantengan en su trayectoria, un anillo de 27 km de imanes superconductores mantiene campos magnéticos que ayudan a dirigir y enfocar estas partículas.
Los electroimanes están construidos a partir de bobinas especiales de cable eléctrico que operan en un estado superconductor, conduciendo la electricidad de manera eficiente sin resistencia ni pérdida de energía. Esto requiere enfriar los imanes a – 271,3 °C, una temperatura más fría que la del espacio exterior.
Justo antes de la colisión, se utiliza otro tipo de imán para "comprimir" las partículas más cerca unas de otras, incrementando las probabilidades de colisión.
Todo este proceso requiere una cantidad descomunal de energía, por lo que todo debe ser perfecto, al igual que en el lanzamiento de un cohete.
De hecho, el Gran Colisionador de Hadrones utiliza unos 120 megavatios de potencia cuando está en funcionamiento, ¡suficiente para abastecer a una pequeña ciudad!
Por supuesto, sería absurdo pensar que solo disparan un par de protones para hacer funcionar todo esto.
¿Por qué arriesgarse a disparar solo una aguja para golpear a otra aguja a 10 km de distancia? Las probabilidades de que esas agujas se golpeen entre sí serían muy reducidas.
Y lo son.
Entonces, ¿cómo lo hacen?
Bueno, como probablemente ya habrá adivinado, disparan más de un protón a la vez; de hecho, miles de millones.
En promedio, cada haz contiene 100.000 millones de protones enviados en direcciones opuestas: ¡eso representa 100.000 millones de protones contra 100.000 millones de protones!
Pero no todos estos protones se disparan al mismo tiempo.
Organizan estos protones en paquetes, con unos 2.808 paquetes por haz, cada uno conteniendo miles de millones de protones.
Con 2.808 paquetes por haz, hay aproximadamente 208.320 paquetes circulando en el colisionador en cualquier momento dado.
¿Y adivine cuántos colisionan realmente por cruce?
Solo entre 50 y 60 protones.
Es por eso que hacen esto una y otra vez: ¡la asombrosa cantidad de 30 millones de veces... por segundo!
Con casi 3.000 paquetes, cada uno con más de 100.000 millones de protones, ¡el Gran Colisionador de Hadrones está generando 1.000 millones de colisiones por segundo!
¿Pero por qué?
¿Es para abrir otra dimensión? ¿Es para crear un agujero negro? ¿Es para invocar espíritus malignos?
Quizás...
Pero técnica y científicamente no está diseñado para eso.
Fue diseñado para estudiar qué dio origen al Universo: para comprender qué pudo haber sucedido cerca de los inicios del Universo, cuando supuestamente ocurrió el Big Bang.
¿Cómo fue que lo más diminuto generó una cantidad tan descomunal de energía para crear el Universo tal como lo conocemos hoy?
¿Preocupado por el CERN?
Sé lo que está pensando: si logramos replicar el Big Bang, la explosión más grande en la historia del Universo, ¿no nos destruiría eso por completo?
Bueno, no hay necesidad de preocuparse, todavía.
A pesar de haber sido diseñado para replicar el período más cercano al Big Bang, cuando dos protones colisionan en el Gran Colisionador de Hadrones, la energía liberada se encuentra en la escala de una milmillonésima de julio.
Esto equivale a la energía cinética de un mosquito en vuelo.
En comparación, un rayo libera unos 5.000 millones de julios de energía, o alrededor de 1 millón de veces más energía que una sola colisión protón-protón en el Gran Colisionador de Hadrones.
Sin embargo, los científicos han descubierto que cuando los protones colisionan a velocidades increíblemente rápidas, liberan tanta energía que esta puede convertirse en masa física.
Si la energía es lo suficientemente alta, puede convertirse en partículas misteriosas o desconocidas, y eso es precisamente lo que los científicos están buscando.
Como ve, las matemáticas son algo muy interesante que puede predecir y resolver muchas preguntas sin respuesta.
Por ejemplo, la teoría de la relatividad de Albert Einstein, más conocida como E=mc 2, no se comprobó hasta décadas después de su primera publicación.
En 1869, el químico ruso Dmitri Mendeléyev creó un marco que evolucionó hasta convertirse en la tabla periódica moderna. Pero cuando la diseñó, dejó marcadores de posición para elementos que sabía que existían pero que aún no se habían identificado. Incluso anticipó las características de ciertos elementos no descubiertos, asignándoles nombres provisionales como "eka-aluminio" para un elemento semejante al aluminio. Años más tarde, el eka-aluminio fue identificado como galio. A pesar de algunas inconsistencias, su teoría de los "elementos faltantes" demostró ser bastante precisa.
Por lo tanto, así como descubrimos los elementos de la tabla periódica con las matemáticas, ¿podría haber partículas que aún no hemos descubierto y que podrían cambiar la forma en que vemos el Universo?
La respuesta es sí.
El Modelo Estándar
Piense en dividir algo una y otra vez hasta obtener algo que ya no se pueda dividir más.
Estas se denominan partículas elementales: los componentes fundamentales más básicos de la materia y la energía en el Universo.
Ha oído hablar de electrones y fotones; estas son partículas elementales.
Así como los químicos se basan en la tabla periódica, los físicos se basan en el Modelo Estándar para estas partículas elementales: una teoría en la física de partículas que describe las partículas fundamentales y las fuerzas que componen el Universo.
Los fermiones son las partículas que componen la materia. Incluyen los quarks (que componen los protones y los neutrones) y los leptones (como los electrones), lo más diminuto que conocemos en la actualidad.
De hecho, los quarks y los leptones son tan pequeños que no hay evidencia de que tengan tamaño alguno. Raro, ¿verdad?
Sin embargo, los físicos del Tevatron de Fermilab y de los colisionadores LEP y LHC del CERN han establecido un límite sobre el tamaño de los quarks y los leptones: deben ser más pequeños que aproximadamente 0,001 veces el tamaño de un protón.
Los bosones, por otro lado, son partículas que median las fuerzas entre los fermiones. En términos más simples, son los portadores de las fuerzas y la energía en el Universo.
Sin embargo, antes de 2012, el Modelo Estándar predecía que debía haber otra partícula: una partícula que probablemente estuvo presente cerca del comienzo del Universo pero que aún no se había encontrado.
Llamaron a esta partícula misteriosa la "partícula de Dios", también conocida como el bosón de Higgs.
La existencia del bosón de Higgs era necesaria para explicar cómo las partículas adquieren masa; sin su confirmación, el Modelo Estándar estaría incompleto.
Aquí está el ganador del Premio Nobel Peter Higgs describiendo qué es.
https://x.com/NobelPrize/status/1779190652175011900
En términos más simples, esta "partícula de Dios" es la razón por la que todo lo que sentimos existe.
Para confirmar que el bosón de Higgs existe, los físicos necesitaban concentrar suficiente energía en un solo lugar para crearlo, como hacer colisionar dos protones a una velocidad cercana a la de la luz.
Esa es una de las razones principales —al menos, como han declarado públicamente— por las que se creó el Gran Colisionador de Hadrones.
En 2012, tras hacer colisionar repetidamente protones en el Gran Colisionador de Hadrones, se descubrió el bosón de Higgs.
¿Pero cómo?
Aquí es donde las matemáticas juegan un papel crucial, y por qué se necesitaron miles de científicos para confirmar esto.
Verá, cuando los protones se hacen colisionar, creando estas partículas especiales y misteriosas de Dios, solo existen brevemente antes de volver a convertirse en partículas normales.
Esta es la razón por la que el Gran Colisionador de Hadrones cuenta con algunos de los sensores y detectores más avanzados jamás construidos para la investigación en física de partículas.
Cuando estas partículas explotan y salen despedidas hacia los sensores, estos registran exactamente dónde impactan.
Trabajando de forma inversa y utilizando la física más compleja para aplicar ingeniería inversa a lo que sucedió en el momento de la colisión para confirmar la partícula misteriosa, los físicos lograron detectar una pequeña señal o pico.
Se ve de la siguiente manera:
Y sí, eso es todo. Este pico en el gráfico fue lo que confirmó la presencia del bosón de Higgs.
Miles de millones de dólares, 100 países y miles de científicos culminaron para generar este pico en un gráfico.
Si realmente cree que puede comprender la física avanzada, siéntase libre de conocer más sobre este pico aquí.
¿Qué significa ese pico?
Seguramente, los científicos no habrían dedicado tanto tiempo y dinero solo para crear un pico en un gráfico.
Seguramente, al menos estaban intentando abrir portales o invocar demonios.
Bueno, a pesar de ser un descubrimiento aparentemente mundano en lo que respecta a la vida cotidiana, el producto secundario del trabajo realizado en el CERN ha generado en realidad una gran cantidad de aplicaciones en el mundo real.
Estas incluyen tratamientos contra el cáncer, vehículos eléctricos, imágenes médicas e incluso la World Wide Web.
Tal vez, con el tiempo, el descubrimiento realizado mediante el Gran Colisionador de Hadrones pueda impulsar a nuestro mundo hacia una nueva era de descubrimientos. Quizás pueda ayudarnos a comprender mejor la materia oscura o incluso la antigravedad y la energía del punto cero.
Y aunque existen escépticos sobre lo que el Gran Colisionador de Hadrones puede enseñarnos, eso no impide que los científicos sigan avanzando en sus investigaciones.
De hecho, los científicos ya están evaluando el desarrollo de un colisionador aún más grande en Europa: uno de 100 km de longitud y llamado llanamente el Future Circular Collider.
¿Adivine quién más busca construir su propio colisionador de 100 km?
Así es, China.
“La construcción del colisionador de partículas más grande del mundo podría comenzar en China en tres años, aunque todavía debe obtener la aprobación del gobierno y asegurar la financiación, afirmó un destacado científico.
El Circular Electron Positron Collider (CEPC) de 36.000 millones de yuanes (5.000 millones de dólares estadounidenses), también conocido como fábrica de Higgs, tardará unos 10 años en construirse y se convertirá en el próximo centro global de la física de partículas, según Wang Yifang, director del Institute of High Energy Physics en Pekín.
Al acelerar electrones y sus antipartículas —los positrones— en un túnel subterráneo de 100 km de longitud (62 millas) hasta energías extremadamente altas y hacerlos colisionar entre sí, el CEPC creará millones de bosones de Higgs y permitirá a los científicos realizar nuevos descubrimientos más allá del Modelo Estándar, nuestra mejor teoría existente para describir los componentes básicos del Universo”.
Por lo tanto, mientras multimillonarios como Elon Musk y Jeff Bezos lanzan cosas al espacio, científicos de todo el mundo buscan crear las cosas que dan forma al espacio.
¿Qué sucederá cuando hagamos colisionar partículas utilizando energías más elevadas que nunca?
Un colisionador de 100 km podría alcanzar potencialmente energías de colisión de 100 teraelectronvoltios, unas seis veces la energía de colisión del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), e igual a la energía de colisión generada por remanentes de supernovas, púlsares y rayos cósmicos.
La pregunta es: ¿marcará esto una diferencia?
¿Qué cree que sucederá? ¿Crearemos un agujero negro? ¿Abriremos otra dimensión? ¿Crearemos materia oscura y dominaremos una energía ilimitada?
La razón para explicar qué es el Gran Colisionador de Hadrones en este boletín de inversión es mostrarle que existe una gran cantidad de nuevas tecnologías en el horizonte que cambiarán nuestra comprensión del mundo.
Esto incluye no solo nuevos descubrimientos con IA, sino también descubrimientos mediante herramientas que nos permiten observar cosas tan pequeñas que podemos detectar enfermedades con una sola respiración.
Buena cacería.
Busque la verdad y esté preparado,
Carlisle Kane
