¿Puede El Masticador De Átomos Más Grande Del Mundo Resolver Los Misterios Más Profundos Del Universo?

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El gran colisionador de hadrones tiene el potencial de resolver algunos de los misterios más profundos del universo, incluyendo qué es la materia oscura y la energía oscura y cómo surgió el universo.

Don Lincoln es un científico principal del Fermilab del Departamento de Energía de los EE. UU., La institución de investigación más grande de los Estados Unidos, Gran Colisionador de Hadrones. También escribe sobre ciencia para el público, incluyendo "The Large Hadron Collider: La extraordinaria historia del Higgs Boson y otras cosas que harán volar tu mente"(Johns Hopkins University Press, 2014). Puedes seguirlo enFacebook. Lincoln contribuyó este artículo a WordsSideKick.com's Voces de expertos: Op-Ed & Insights.

En lo profundo de los campos suizos y franceses, un gigante se está despertando. No, este no es el comienzo de la última exitosa película de este verano. El despertar es muy real, aunque quizás un poco metafórico.

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC), ubicado en el laboratorio CERN (Organización Europea para la Investigación Nuclear) a las afueras de Ginebra, es un enorme acelerador de partículas. Es la instalación científica más grande jamás construida por la humanidad, con una circunferencia de más de 16 millas (27 kilómetros). Y después de que cerró durante aproximadamente medio año, reanudó las operaciones en mayo con capacidades significativamente mejoradas. [Fotos: El masticador de átomos más grande del mundo (LHC)]

El LHC es más famoso por sus medidas que llevaron al descubrimiento en 2012 de la partícula del bosón de Higgs, la última pieza faltante del Modelo estándar de la física de partículas. El bosón de Higgs, junto con el campo asociado de Higgs, es el origen de la masa de todas las partículas fundamentales subatómicas. Su descubrimiento fue un triunfo científico que tardó casi medio siglo en realizarse. De hecho, después de su descubrimiento, en 2013, dos científicos que predijeron la existencia del bosón de Higgs ganaron el Premio Nobel de física.

Pero con ese éxito, ¿por qué sigue funcionando el LHC?

La búsqueda del bosón de Higgs no fue la única razón por la que se construyó esta instalación. Más ampliamente, el LHC fue construido para estudiar cuestiones científicas profundas. Por ejemplo, ¿por qué las leyes de la naturaleza son como son? ¿Cómo surgió el universo? ¿Y el universo tiene que ser como es?

Estas no son preguntas nuevas. Después de todo, encontramos reflexiones sobre estas mismas preguntas en algunos de nuestros escritos más antiguos, ya sea en la Biblia (por ejemplo, Eclesiastés 12:13) o en el Hindu Katha Upanishad. Lo que ha cambiado en el siglo pasado, sin embargo, es que el método científico ahora puede responder definitivamente algunas preguntas.

El Modelo Estándar es el nombre para nuestra comprensión moderna de la materia. Utilizando dos clases de partículas subatómicas (llamadas quarks y leptones) y tres fuerzas subatómicas (fuerza fuerte, fuerza débil y fuerza electromagnética), los científicos pueden usar el Modelo Estándar para tejer una explicación para el tapiz de gran parte del cosmos.

Pero el Modelo Estándar no responde a todo. Por ejemplo, no sabemos las respuestas a preguntas simples como, ¿por qué hay dos clases de partículas subatómicas y por qué hay tres fuerzas? ¿Existe un principio más profundo y más fundamental que unifique estas piezas?

A un nivel aún más amplio, los científicos ahora están bastante seguros de que toda la materia en la Tierra (incluidos los que nos conforman a usted y a mí) constituye un mero 5 por ciento de la materia y la energía del universo. Se cree que el resto está hecho de dos sustancias propuestas, llamadas materia oscura y energía oscura. La materia oscura parece experimentar solo la fuerza de la gravedad y parece representar aproximadamente el 25 por ciento de la masa del universo. El 70 por ciento restante de la masa del universo es energía oscura, una energía generalizada en todo el universo que hace que la expansión del universo se acelere.

Aunque no podemos ver directamente la materia oscura, vemos su efecto porque las galaxias giran más rápidamente de lo que se puede explicar dadas las leyes de la gravedad y la materia observada. La evidencia de la energía oscura es más oscura, pero todavía convincente. La expansión del universo se está acelerando. La gravedad ordinaria dice que debería disminuir la velocidad y se necesita una forma de gravedad repulsiva para explicar la expansión acelerada. El nombre de esa gravedad repulsiva es energía oscura. Todavía hay mucho que aprender sobre la naturaleza de la energía oscura. [18 mayores misterios sin resolver en la física]

En el futuro, el LHC podría producir materia oscura en el laboratorio. El LHC acelera dos haces de protones a energías sin precedentes y los aplasta. Usando la famosa ecuación de Albert Einstein que muestra que la energía es masa, E = mc ^ 2, los científicos esperan convertir la enorme cantidad de energía que se libera durante las colisiones en materia - materia oscura, eso es.

El LHC también puede recrear las condiciones que estaban presentes en el universo poco después del Big Bang. Cuando los haces de protones chocan, las temperaturas dentro del colisionador se disparan hasta 100,000 veces más que el centro del sol, recreando las condiciones en menos de una billonésima de segundo después de que el universo comenzó. Esencialmente, el LHC ha permitido a los físicos crear el Big Bang en el laboratorio, para comprender mejor las reglas del universo que nos permiten existir.

Aún más ampliamente, el LHC es una instrumentación de exploración intelectual. Genera condiciones nunca antes vistas por la humanidad. Mis colegas y yo ya tenemos montones de datos de ejecuciones anteriores de la máquina. Ahora, solo necesitamos profundizar en esos datos, esperando descubrimientos y sorpresas que divulguen algunos más secretos de la naturaleza.

En esencia, aunque el LHC ha sido un éxito asombroso hasta el momento, ha generado más de 1,000 artículos científicos, en realidad está empezando. Para fines de 2018, habrá entregado solo alrededor del 3 por ciento de los datos que se espera que produzcan durante su vida útil.

No podemos saber qué descubrimientos tenemos ante nosotros. Después de todo, si supiéramos cuál sería la respuesta, no se llamaría investigación. Pero podemos estar completamente seguros de que el viaje será fascinante y podemos esperar que este increíble trabajo científico, realizado por científicos de todo el mundo, revele respuestas a algunos de los misterios más profundos del universo. Y, retrocediendo y recordando el objetivo final, eventualmente, y profundizando lo suficiente, finalmente descubriremos por qué existe algo.

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