Perspectiva general

Durante la última década se ha apreciado un crecimiento tecnológico, industrial y científico muy fuerte. Pues, se han realizado descubrimientos, invenciones y nuevos procesos que han dotado al ser humano del conocimiento para modificar su realidad. Sin embargo, en esta última década el desarrollo científico ha dado un paso más, permitiendo al ser humano acercarse a la comprensión de su realidad. Esto ha sido posible gracias a uno de los más grandes proyectos de la física, los aceleradores de partículas.

Siglo XIX hasta el LHC

Los aceleradores de partículas son un producto de una ramificación de la ciencia conocida como física nuclear [1]. Está rama de la física es la encargada de estudiar las colisiones de las partículas con objetivos o con ellas mismas [1]. La física nuclear tuvo su origen a finales del siglo XIX y principios del siglo XX gracias a los descubrimientos realizados por Rutherford y sus colaboradores. Los cuales descubrieron el núcleo atómico a través del bombardeo de una delgada película de oro con un haz de partículas alfa [1]. Con el núcleo atómico descubierto, se inició una sucesión de experimentos científicos que dieron como resultado el descubrimiento del electrón, los primeros radios nucleares y las primeras reacciones nucleares intervenidas por el hombre [1]. Sin embargo, al mismo tiempo en que nuevos descubrimientos salían a la luz, las limitaciones de los mismos lo hacían. Por lo tanto, eventualmente se requirió de una nueva herramienta capaz de expandir las capacidades de estudio de esta rama, en virtud de esto nacen los aceleradores de partículas [1].

"La necesidad de disponer de instrumentos para generar proyectiles con los cuales el experimentador pudiera controlar el tipo de partícula (protones, deuterones, alfas, etc.) así como su energía y flujo de estos (corriente eléctrica) fue lo que originó el invento de estos instrumentos a los cuales se les llamó aceleradores de partículas" (Aguilera, E.F, Hernández, E., Hirsch, J. (Eds.), 2005)

La necesidad fundamental de esta herramienta dio paso a una carrera por la construcción de aceleradores de partículas capaces de complementar y asistir los experimentos en el área. La carrera comenzada en el siglo XX proporcionó como frutos los distintos tipos de aceleradores que se conocen hoy en día como: "el ciclotrón, los aceleradores lineales y los aceleradores tipo Van de Graaff" (Aguilera et al (Eds.), 2005). Logrando así dar paso al acelerador de partículas"más grande y más poderoso" (CERN sitio oficial) el LHC o Large Hadron Collider por sus siglas en inglés.

LHC o Large Hadron Collider 

El LHC es uno de los proyectos de la física más grandes actualmente, pues es un acelerador con 27 Km de circunferencia capaz de impulsar protones o iones a velocidades cercanas a la velocidad de la luz [2]. Este monumental instrumento físico se encuentra dentro del CERN (Organización Europea de la Investigación Nuclear) en Ginebra, Suiza. Dentro de este se encuentran diversos aceleradores que fueron implementados con anterioridad al LHC, además de los detectores de colisiones presentes en la circunferencia del LHC. En la imagen 1 se puede apreciar el complejo acelerador del CERN en conjunto con todos sus aceleradores, detectores y vías de partículas.


Imagen 1.- Complejo del CERN, dónde se encuentra el LHC [2].

En la Imagen 1 se puede a apreciar la magnitud del proyecto del CERN, pues cada uno de esos circuitos son requeridos para lograr la aceleración de las partículas a velocidades cercanas a luz. A primera vista, podría parecer algo innecesario para concebir descubrimientos en largo períodos de tiempo. No obstante, un sistema de tal complejidad es requerido para dar respuesta a cuestiones de índole física y de la materia. La página oficial de proyecto describe las principales metas del acelerador en los siguientes cinco puntos [2]:

• El origen de la masa: Se busca complementar lo establecido por el Modelo Estándar de la física de partículas. Este modelo se encuentra incompleto, pues falla en dar explicación a "los orígenes de la masa y porque algunas partículas cuentan con un mayor peso a comparación de otras cuyo peso es casi inexistente" (CERN sitio oficial).
• La unificación de las fuerzas fundamentales: El Modelo Estándar de la física no proporciona una descripción unificada de las fuerzas fundamentales (Gravedad, Electromagnética, Fuerza Débil y Fuerza Fuerte). Por lo tanto, con los desarrollos llevados se busca comprobar una teoría titulada supersimetría capaz de explicar de manera integra la relación entre las fuerzas.
• La materia oscura y la energía oscura: "La materia que conocemos y compone todas las estrellas y galaxias solo es responsable del 4% del contenido del universo" (CERN sitio oficial). El restante del universos de encuentra compuesto de materia oscura (23%) y energía oscura (73%). Comprender el porcentaje restante ayudaría la comprensión del universo.
• Anti materia y materia: Durante el Big Bang, se supone que las cantidades de materia y antimateria producidas fueron las mismas, sin embargo, vivimos en un universo compuesto por materia. Por ende, permanece la incógnita de la antimateria y las propiedades de la misma.
• La comprensión de la creación del universo: Este último punto podría ser el más relevante, pues, en 2012 se descubrió una partícula denominada Boson de Higgs. Dicha partícula contenía características similares a las teorizadas de las desprendidas del Big Bang.

Todos los anteriores objetivos del acelerador pueden ser concretados en virtud de la ingeniería y los procesos llevados a cabo para lograr el mayor número de colisiones entre las partículas. Para visualizar de una manera clara el proceso llevado a cabo para lograr los resultados, el Centro Nacional de Física de Partículas , Astropartículas y Nuclear (CPAN) resumen en un video de 6 minutos todo el proceso de las partículas a través de los aceleradores observados en la imagen 1. El video titulado El recorrido de las partículas en el LHC se puede observar a continuación [3]:

El recorrido de las partículas en el LHC

El video publicado por el CPAN describe de manera idónea la trayectoria de los electrones desde el desprendimiento de sus electrones hasta las colisiones entre los protones. Igualmente, exhibe los objetivos previamente descritos y hace mención de las aplicaciones que el LHC puede tener el ámbito físico. En el video se nombran algunas las aplicaciones que pueden llegar a conseguir con los datos, algunas de estas son"entender el nacimiento del universo, su evolución, las leyes que gobiernan su comportamiento y como evolucionara en el futuro" (CPAN, 2011).  Las precedentes aplicaciones pueden ser consideradas como algo de naturaleza científica, ergo, poco tangible para aquellos no involucrados en el proyecto. Empero, existen otros tipos de aceleradores cuyos propósitos satisfacen necesidades de carácter más comercial, tales aceleradores se concentran en los ámbitos: industria y medicina.

Aceleradores de partículas: industria y medicina

Los aceleradores nacieron con el propósito de solventar las cuestiones científicas de la materia y el universo, a pesar de ello, debido a los grandes beneficios que se pueden obtener de estos se han implementando en la industria y la medicina. Siendo el primero de estos el ámbito más prospero de acuerdo con Robert W. Hamm y Marianne E. Hamm en su artículo "El negocio de los haces: los aceleradores en la industría". En el mismo se menciona que "el número de nuevos sistemas instalados anualmente para la industria es casi el doble de los instalados para uso de terapia médica o de investigación" (Hamm, 2011).
[...]
Precauciones, riesgos y miedos
[...]
El futuro del universo y los aceleradores
[...]

{TRABAJO EN CONSTRUCCIÓN}

Referencias:

[1].- Aguilera, E.F., Hernández, E., Hirsch, J. (Eds.) (2005) IV Escuela Mexicana de Física Nuclear. Sociedad Mexicana de Física. Versión en línea recuperada de:
http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.978.1689&rep=rep1&type=pdf#page=339

[2].- CERN. (N.A). Accelerators. 8/02/2020, de CERN Sitio web: https://home.cern/science/accelerators

[3].- CPAN Consolider-Ingenio. (2011/07/12) El recorrido de las partículas en el LHC. Recuperado de: https://www.youtube.com/watch?v=gqNjr8C78Fk

[4].- Hamm, W.R, Hamm, E.M. (2011). The beam business: Accelerators in industry. Physics Today, 64, 46-50.

Bibliografía por utilizar en el desarrollo total de la presente entrada:



Piezas escuchadas:
Zigeunerweise, Op. 20: Lento- Sarasate, Violin & Orchesta
Link: https://www.youtube.com/watch?v=5ysiQMbe_do&list=RDFrCxyulM6Vc&index=7

Introduction & Rondo capriccioso, Op. 28 - Camille Saint-Saëns, Violin & Orchesta
Link: https://www.youtube.com/watch?v=Q0ajM7aL-Vc&list=RDFrCxyulM6Vc&index=2