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 energía jamás alcanzada antes por un acelerador de partículas. Ha sido la vuelta a la acción del Gran Colisionador de Hadrones, el LHC, en Ginebra (Suiza), que intenta responder algunas de las grandes preguntas sobre el universo.

Esta instalación operada por el Laboratorio Europeo de Física de Partículas es el mayor experimento jamás construido en la Tierra. Dentro de su anillo de 27 kilómetros de diámetro se emulan las condiciones que existían fracciones de segundo después del Big Bang, el estallido que creó el universo hace 13.700 millones de años. En aquel momento aún no había átomos, solo sus componentes indivisibles: las partículas elementales. Aún quedan muchas dudas de qué sucedió entonces para que las partículas 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 máquina de la física estaba parada desde 2019, y en 2021 comenzó el proceso de arranque que culmina hoy, con la observación de las primeras colisiones de protones a máxima potencia. El LHC comenzará a tomar datos científicos sobre estas partículas a una energía récord 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 desintegración en partículas elementales. Los experimentos seguirán durante casi cuatro años de operación ininterrumpida. La cantidad de colisiones, desintegraciones y otras interacciones subatómicas será 20 veces mayor que durante la primera, que culminó con el descubrimiento del bosón de Higgs hace justo 10 años.

Uno de los principales objetivos del LHC en esta nueva etapa será generar millones de bosones de Higgs. Sin esta partícula no podría existir el universo tal y como lo conocemos, pues otorga su masa al resto de partículas elementales al interactuar con ellas. La teoría del Modelo Estándar formulada en los años setenta aporta el valor exacto de cada una de esas interacciones. Cualquier desviación entre la teoría y lo observado en el LHC puede desvelar mecanismos, fuerzas o partículas de la naturaleza desconocidos hasta ahora. “Tenemos que conseguir la radiografía más precisa del bosón de Higgs que se haya hecho nunca para confirmar que se comporta como esperamos” resume Mario Martínez, físico de Atlas, uno de los grandes detectores del LHC.

En busca de una nueva física

El pasado abril, un experimento de EE UU anunció una de las mayores anomalías registradas hasta el momento: la masa del bosón W no es la que predice la teoría. El año anterior, el propio LHC y otro experimento en EE UU también observaron discrepancias en el comportamiento del muón, otra partícula elemental. Es probable que el LHC pueda medir las características de estas partículas con mayor precisión y emita un veredicto final sobre la existencia de nueva física. Si la hay, supondría un descubrimiento mucho más importante que el del bosón de Higgs, pues podría comenzar a explicar de qué está hecho el 95% del universo, compuesto de materia oscura y energía oscura que los humanos desconocemos por completo.

La teoría que describe el comportamiento de la materia convencional incluye 17 tipos de partículas elementales que fueron apareciendo instantes después del Big Bang en tres generaciones sucesivas, cada una con más masa que la anterior. El incremento de energía en el LHC —que pasa de 13 teraelectronvoltios a los 13,6 actuales— permitirá estudiar por primera vez la descomposición del Higgs en partículas de segunda generación, como los muones. “Las diferencias de masas entre las diferentes generaciones de partículas elementales son enormes y no sabemos por qué”, explica Alberto Casas, investigador del Instituto de Física Teórica, en Madrid. “Hay razones fortísimas para pensar que existe una nueva física y una teoría superior a la actual para explicarla. Por primera vez el LHC va a poder buscarla en unos niveles de energía inexplorados”, añade.

Casas es experto en el problema de la materia oscura, que compone el 27 % del cosmos. Aunque es invisible, los físicos están convencidos de su existencia por observaciones indirectas, como la fuerza de gravedad que ejerce sobre estrellas y galaxias. Hasta ahora ningún experimento ha logrado detectarla de forma directa. “Los físicos 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 único que podría generar partículas de materia oscura”, resalta Casas.

La gran baza del LHC es su capacidad de acumular una gran cantidad de colisiones entre protones y su descomposición a partículas elementales y sacar resultados sobre sus masas con una alta fiabilidad estadística. En esta fase “intermedia” que comienza hoy, el cometido principal será hacer medidas de alta precisión del Higgs y el resto de partículas, explica Alberto Ruiz, del Instituto de Física de Cantabria. “Una vez terminada esta fase, se parará el LHC para mejorar sus detectores y aumentar aún más la cantidad de colisiones que produce”, detalla. En 2029 el acelerador volverá a funcionar y multiplicará por 10 la cantidad de datos acumulados hasta ahora. A partir de hoy y hasta entonces, la posibilidad de descubrir “nueva física” está abierta, concluye Ruiz.

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