Taquiones y Antimateria: el LHC   25 Oct 2005 - Science

Fruto de mi promesa del otro post, voy a contaros algo sobre el Large Hadron Collider (LHC), el acelerador de partículas más grande del mundo, que acabará de construirse en 2007 y que no solamente será el acelerador, sino también la máquina más grande jamás creada por el ser humano. No es de extrañar, puesto que una comunidad importante de científicos pioneros en el campo de la física moderna, espera hallar gracias a esta máquina pruebas que demuestren la veracidad de la Theory Of Everything de la que ya os he hablado: una única teoría, una única ecuación, que lo explicaría TODO.

Pero, antes de nada, quiero mostraros algo que es verdaderamente impactante, por no decir increíble. El señor Toni Cantó (no me refiero al actor de 7 Vidas) nos muestra en su página, www.tonicanto.com
(a propósito muy recomendable), un artículo magnífico de divulgación científica sobre si existe la posibilidad de enviar información al pasado. En dicho artículo escriben que en la Universidad de Princeton consiguieron emitir un pulso de luz compuesto por fotones taquiónicos sin masa (los taquiones son las partículas que pueden viajar a velocidades superiores a la de la luz, en adelante c, y daros cuenta de que su existencia contradice la teoría einsteniana) que viajaba a la friolera de 310 veces c. En este experimento, se pudo observar perfectamente como el pulso de luz salía del proyector 62 nanosegundos antes de que entrara. Puede parecer increíble, desde luego a mi me lo parece, pero tenemos que tener en cuenta que a esas escalas tan miscroscópicas, donde interactuan las partículas subatómicas, en ese diminuto mundo cuántico, las cosas no son como en nuestro mundo: los fenómenos físicos y las leyes que los rigen pueden llegar a parecernos ilógicas, pero no por ello son incorrectas. Nosotros estamos acostrumbrados a un mundo cuadri-dimensional, pero en ese mundo pueden llegar a existir, como ya vimos, hasta 11 dimensiones. Estamos acostumbrados a que las cosas ocurran de un modo, pero a nivel cuántico, ocurren cosas que a nosotros nos parecerían ciencia-ficcion; pero no lo son.

El LHC es un candidato importante al estudio de los taquiones. Algunos modelos de la teoría de cuerdas propone la existencia de los mismos, y puede que sea la más adecuada para su estudio. Algunos físicos dicen haber detectado taquiones en las interacciones existentes entre la radiación de fondo cósmico (que no es sino la que nos está llegando todavía del Big Bang) y la atmósfera. De todas formas, el LHC del Cern tendrá otros muchos propósitos importantes como la búsqueda de la supersimetría en la que compite sin descanso con el Fermilab, otro importante laboratorio de investigación nuclear de los Estados Unidos. Esta supersimetría supone que electrones, protones y demás partículas tienen un equivalente pero de mayor peso: las partículas S. Puede que alguna vez halláis oído hablar del Bosón de Higgs, o también de la famosa Antimateria.

La Antimateria ya se ha conseguido producir en el Cern, pero en cantidades minúsculas (se consiguen entre 1 y 10 nanogramos por año). Esta materia es la que está constituida por antipartículas de la materia que conocemos: a cada partícula le corresponde una antipartícula con misma masa y spin, pero carga opuesta (aunque algunas partículas, como el fotón, son idénticas a su antipartícula). Si una pareja partícula/antipartícula entra en contacto entre si, se aniquilan y se produce gran cantidad de energía en forma de otras partículas, antipartículas y radiación electromagnética. En esta colisión, toda la masa posible de las partículas se convierte en energía: la eficiencia es máxima. Por ello, esta forma de obtención de energía es mucho mayor que la que se obtiene por ejemplo de las reacciones químicas, o de la fisión/fusión nuclear. Según la ecuación de Einstein (E=mc²) la energía que se obtiene de la reacción entre 1Kg de materia con otro de antimateria es de 1.8×10^17 J. Actualmente la producción de antimateria es muy limitada: en el Cern se ha conseguido crear átomos de anti-hidrógeno y núcleos de anti-deuterio, pero no antimateria de mayor complejidad. Para haceros una idea, con la tecnología existente hoy en día, producir 1g de antimateria costaría 25.000 millones de dólares. Esta antimateria se consigue en aceleradores (como el futuro Large Hadron Collider) colisionando partículas a altas energías y grandes velocidades (de hecho, la antimateria que se genera de forma natural en el Universo lo hace en los centros de las Galaxias, donde la energía de las partículas es más alta). Si se optimizara el proceso productivo de la antimateria, en el futuro podría ser un combustible ideal: con 1g de antimateria podría llevarse una nave a la Luna. Con ella serían posibles los viajes interplanetarios e incluso interestelares, al más puro estilo Star Trek. Pero, en manos de un grupo terrorista, también podría usarse la antimateria para la fabricación de armas que destruirían fácilmente un país. Otra cosa a tener en cuenta de la antimateria, es que pese a que siempre se pensó que las leyes de la naturaleza estaban hechas para que se diera la simetría entre partículas y antipartículas, los experimentos nos han demostrado que en algunos procesos de la naturaleza se viola la simetría temporal: esto se conoce como violación carga-paridad.

Para hablaros del Bosón de Higgs primero quiero aclararos lo que es un Bosón. Un Bosón es una partícula que 'produce' una fuerza: por ejemplo el bosón W se encarga de la fuerza nuclear débil, el fotón se encarga de la fuerza electromagnética, el gravitón (que todavía no se ha hallado) se supone que genera la fuerza gravitatoria, etc. Pues bien, el Bosón de Higgs es un bosón que genera lo que se conoce como Campos de Higgs, los cuales se cree que se encargan de dotar de masa al resto de partículas. Dada su importancia, hay quién se atreve a llamarla la partícula divina.

En resumen, en el LHC se espera encontrar cosas como la existencia de los taquiones, la supersimetría, la verdadera naturaleza de la antimateria, el gravitón e incluso el famoso Bosón de Higgs. Con todo ello podéis haceros una idea de la importancia de esta máquina, la cual supongo que ahora os justificará su impresionante tamaño. Esperemos que los físicos teóricos, matemáticos, ingenieros y el resto del equipo técnico que se encuentra detrás de este impresionante proyecto, logren encontrar la veracidad de la Teoría de Cuerdas, de la teoría del todo; el que será sin duda el hallazgo más importante, no de la humanidad, sino del Universo o Universos en el/los que vivimos.

Nota: Vulgarmente se puede referir indistintamente a 'teoría de cuerdas' o 'teoría de supercuerdas'. En realidad, la 'teoria de supercuerdas' es una teoría de cuerdas que incluye la supersimetría.