Basta pensar en la mecánica cuántica y en la relatividad y en cómo estas teorías han cambiado nuestra forma de ver el mundo para notar que los avances de la física en el siglo XX fueron gigantescos. Pasos gigantes, por naturaleza, plantean nuevas preguntas aún más fascinantes.
Y algunas de estaspreguntas se responderán a partir de mayo 2008, cuando el CERN -el órgano europeo para la investigación nuclear- termine de construir el acelerador de partículas más potente del mundo,el LHC (Large Hadron Collider, gran colisionador de hadrones).
Al igual que un niño destruye sus juguetes para ver qué tienen dentro, los aceleradores revientan unas partículas subatómicas contra otras con mucha fuerza para “romperlas” y ver qué sucede, proceso en el que, curiosamente, se crean nuevas partículas. Cuanta más energía se utilice en estas colisiones, más profundo se puede ver en las entrañas de la materia.
El LHC será siete veces más potente que el Fermilab, el acelerador de partículas puntero mientras no se inaugure el LHC. Por ello, se espera que dé respuesta a varias preguntas que se hacen los físicos sobre estos temas:
El principio del universo:
Toda la materia está hecha de átomos y cada átomo tiene un núcleo de protones y de neutrones envuelto de electrones. Los protones y neutrones están hechos de partículas aún menores: quarks y gluones. Separarlos es extremadamente difícil, pero la teoría predice que ello es posible a temperaturas 100 mil veces mayores a la del núcleo del sol o a presiones altísimas.
En estas condiciones extremas, los protones y neutrones se descomponen en quarks y gluones libres. Este estado de la materia, llamado plasma de quark-gluón, sería en el cuál se encontraba todo universo en sus primeras etapas hasta que se enfrió lo suficiente como para que quarks y gluones se asociaran formando neutrones y
protones.
En el LHC, la colisiones de partículas formarán minúsculos Big Bangs que permitirán que conozcamos más sobre las propiedades de las primeras fases del universo.
La materia oscura:
Los astrónomos saben que hay algo allí afuera que ocupa mucho espacio en el universo, pero no saben qué es. Por eso, lo llaman “materia oscura” y, por más que sepan que conforma el 25 por ciento de todo el universo, casi no tienen ninguna pista sobre su naturaleza o composición.
Al recrear las condiciones del Big Bang en el LHC, podremos llegar a obtener alguna pista sobre este misterio. Si la materia oscura está formada por un tipo de partículas aún desconocido, alguna de estas hipotéticas partículas podría ser detectada y, así, desvelarse el misterio de la materia oscura.
El origen de la masa:
¿Por qué las partículas fundamentales tienen masas tan diferentes? (El fotón y el gluón, por ejemplo, no tienen masa.) Dos de las preguntas más inquietantes de la mecánica cuántica son cómo las partículas obtienen su masa y cómo se relacionan la masa y la energía.
Una posible respuesta a esas preguntas tiene como protagonista a una partícula: el bosón de Higgs. La existencia de esta partícula daría soluciones para las dudas mencionadas, pero el único problema es que nadie la ha visto jamás...
Gracias a la gran energía empleada en LHC, se espera que el bosón de Higgs pueda salir a la luz a partir de una colisión de partículas.
La antimateria:
Al inicio del universo, tras el Big Bang, se creó la misma cantidad de materia y de antimateria. (La antimateria es igual que la materia con la única diferencia de que la carga eléctrica de una partícula es opuesta a la de su antipartícula.) Sin embargo casi todo lo que conocemos, desde nuestro cuerpo hasta las galaxias, está compuesto de materia.
¿Qué ha pasado entonces con la antimateria? Los físicos de partículas tienen una teoría que podría explicarlo. Creen que la desaparición de la antimateria tiene que ver con la ruptura de un tipo de simetría entre el comportamiento de la materia y de la antimateria. Los experimentos que se realizarán en el LHC podrían demostrar esa teoría.
El gravitón:
Casi todas las partículas incluidas en el modelo estándar han sido detectadas en los aceleradores de partículas, ya sea directa o indirectamente. Sin embargo, existen dos partículas que el modelo estandar predice pero de las cuales jamás se ha tenido evidencia. Una es el bosón de Higgs, comentado antes. La otra, el gravitón.
Según el modelo estándar, el gravitón sería la partícula responsable de la fuerza de la gravedad. Si el LHC la detectara, se daría un gran paso para encontrar el grial de la física: la unificación de las fuerzas fundamentales.
La súpersimetría:
Una de las prioridades del LHC es demostrar la existencia de la “supersimetría”. Esta propiedad de la materia se concibió como una mejora al modelo estándar. Lo que predice la teoría es que todas las partículas subatómicas deben tener un equivalente mucho más pesado que se denomina "partícula s" o "spartícula".
Hasta ahora, nadie ha visto las partículas supersimétricas porque, al ser más pesadas que sus compañeras, requieren más energía para producir una colisión que las haga visibles. Se espera que el LHC tenga la energía suficiente como para hacerlas detectables. Si ello sucediera, los impulsores de la teoría de cuerdas tendrían un motivo de festejo ya que lo interpretarían como un aval de que van por buen camino.
Lo desconocido:
El LHC abrirá nuevos horizontes para la física. Por ello, los científicos están preparados para recibir sorpresas que les planteen nuevos desafíos. El posible descubrimiento de nuevas partículas y procesos podrían cambiar nuestro entendimiento de la energía y de la materia y de las fuerzas fundamentales que han moldeado nuestro universo desde el comienzo de los tiempos.
¿Existen más dimensiones espaciales? ¿Existen mini agujeros negro? Estas preguntas y otras que ni un escritor de ciencia ficción podría imaginar podrían ser temas de discusión cuando el LHC esté en funcionamiento.
