Acelerando, que es gerundio

Tras el impacto que supuso el anuncio del descubrimiento del bosón de Higgs, el 4 de julio del 2012 (el viernres hizo dos años), la atención mundial se volvió hacia la Física y, en concreto a los físicos de partículas. Provistos de un lápiz y un papel, y de su cabeza prodigiosa Robert Brout, François Englert y Peter Higgs describieron en 1964 un mecanismo que incluía una partícula, que acabó llamándose con el nombre del último de ellos, que debía cumplir determinadas condiciones. Y que era fundamental para sostener el edificio de lo que se llama el Modelo Estándar, es decir, la física que explica el origen del universo y que se deriva de la explosión inicial, el Big Bang que tuvo lugar hace 13.800 millones de años.

Cincuenta años y muchos millones de inversión después, esa partícula apareció en el experimento que se anunció hace dos años. Y, parece, estaba justo donde la teoría había predicho que iba a estar, es decir, supone un respaldo muy notable al Modelo, puesto que la capacidad de predicción, y la comprobación de esas predicciones es, precisamente, lo que dota de solidez a las teorías. Y, además del bosón, los neutrinos superlumínicos (aunque luego se demostró que era un error, y la propia confirmación del error fue noticia relevante) y muy recientemente, y sin honores de portada, la presunta y aún controvertida detección de ondas gravitatorias procedentes del Big Bang, siguen colocando a la física de partículas en la lista de intereses de la sociedad.

 La participación española en estos avances ha ido incrementándose a los largo del siglo pasado y en los primeros años de este. De la casi testimonial presencia de algunos físicos notables en los años 20, hemos pasado a tener el peso que nos corresponde, tanto en la financiación del CERN como en la presencia de investigadores españoles en ese laboratorio, la máquina que nos está permitiendo comprobar la veracidad de las teorías. Ese presencia ha pasado por altos y bajos, en función del interés de los políticos del momento y de los problemas de financiación, pero hoy está bastante consolidada y de ninguna manera debería volverse atrás.

 Precisamente, y como espaldarazo a esa comunidad española de físicos de partículas, este año, en Valencia, se han dado cita un millar de físicos de partículas, quizá los más relevantes del mundo, para poner en común sus últimas investigaciones en estos apasionantes campos. Se trata de la 37ª Conferencia Internacional de Física de Altas Energías, ICHEP 2014, que se celebra del 2 al 9 de julio en esta capital.

Sabemos que nos estamos adentrando en un territorio nuevo, que estamos viendo lo que nunca nadie vio, que estamos dando pasos, más grandes o más pequeños, para conocer con precisión de qué materia esta hecho todo, incluso el sueño del conocimiento. Y aquí, en Valencia, esos investigadores intentan poner todo ello en común. Y, también, sentarán las bases de hacia donde se dirigirán las miradas en los próximos años, porque aquí, en esta reunión, se va a debatir cómo serán las máquinas del futuro, los grandes aceleradores por venir, de hasta 100 kilómetros de longitud. Es decir, aquí se diseñarán las ventanas que determinarán el conocimiento en las próximas décadas.

Y, como es natural, hay quien se preguntará que para qué sirve todo esto. Hay muchas maneras de argumentar a favor de la inversión en ciencia –ojo, inversión, no gasto- pero voy a citar aquí sólo una, la que, en la inauguración de este congreso trajo a colación Adolfo de Azcárraga, presidente de la Real Sociedad Española de Física. Según un reciente estudio de la European Physical Society “por cada euro invertido en la industria más relacionada con la física se generan 2,4 euros en actividad económica y por cada puesto de trabajo en el sector de la física se crean 2,8 empleos en los demás sectores de la economía”. Podríamos recordar también la vieja anécdota de Faraday y el primer ministro Gladstone, en los albores de la electricidad: “¿para qué sirve esto?” preguntó el político; “ya verá cuando su señoría pueda gravarlo con impuestos” respondió el físico.

 Pero, como también recordó Azcárraga, “más allá de la importancia que la física tiene por sí misma, realiza una importante contribución al bienestar de la sociedad”. El mundo tal y como funciona hoy, cimentado sobre la electricidad de Faraday, basa buena parte de su comodidad en los hallazgos de la física, desde los teléfonos móviles a los GPS, desde las neveras a los aviones. Y es preciso, además, poner ese conocimiento en común, en primer lugar porque la ciencia hoy es comunicación o no existe, pero también porque debe serlo no sólo entre los científicos sino entre los científicos y la sociedad. Tal y como dijo Bertrand Russell: “la ignorancia total del mundo científico no es compatible con la supervivencia de la humanidad”.

Ya han comenzado los trabajos para la construcción del nuevo Acelerador de partículas ILC.

“El ILC sería el siguiente gran acelerador que seguiría a LHC en su estudio de la física de partículas. El descubrimiento del bosón de Higgs ha sido el mayor logro (hasta el momento) del LHC y ahora los análisis continúan con el estudio de sus propiedades, pero el LHC tiene limites en la precisión a la que puede llegar a medir estas propiedades. El ILC está concebido como una ‘Higgs factory‘, es decir, se producirían bosones de Higgs en grandes cantidades de forma que se podrían estudiar mejor sus propiedades y obtener una mayor precisión.”

Según las Noticias de prensa (El Pais):

El ILC será una máquina lineal para hacer chocar haces de electrones y antielectrones 7.000 veces por segundo. Según parece debería comenzar a funcionar en unos 20 años para dar el relevo al LHC. Veámos la noticia de Alicia Rivera.

• Preparando ya otro gran acelerador

Más de mil físicos e ingenieros de todo el mundo han planeado lo que sería el futuro gran acelerador de partículas para complementar y tomar el relevo, dentro de 20 años, al ya célebre LHC, en el que se ha descubierto la partícula de Higgs. El Informe Técnico de Diseño de la gran máquina internacional, denominada ILC (Colisionador Lineal Internacional), ha sido presentado este miércoles en Japón, Europa (en el CERN, Ginebra) y Estados Unidos a la vez. “Estamos listos para partir”, ha dicho Barry Barish, director del diseño del ILC. “La tecnología está ahí, se han logrado los hitos de investigación y desarrollo, la física está clara y podríamos empezar la construcción mañana. Lo único que necesitamos es un compromiso político y hay fuertes indicios procedentes de Japón de que aspiraría a alojar el proyecto”. También está listo el diseño de los dos grandes detectores necesarios para registrar las colisiones de partículas y obtener los datos científicos. Lo que no se ha especificado de momento es el coste del proyecto.

“El descubrimiento del bosón de Higgs en el LHC ha hecho que el ILC sea más necesario aún, ya que podrá estudiar las propiedades de esa partícula en detalle y será, por tanto, una gran máquina complementaria del ya muy exitoso LHC”, ha dicho el director científico del nuevo proyecto, el japonés Sakue Yamada.

A diferencia del LHC —en el Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN)— y de otros aceleradores potentes —como el Tevatron de Fermilab (Chicago)—, el ILC no será circular, sino lineal, formado por dos aceleradores enfrentados, que provocarán choques de electrones y antielectrones (positrones), en lugar de los protones del LHC. Estará formado por elementos de aceleración superconductores que funcionarán a temperaturas próximas al cero absoluto, y las colisiones de partículas se producirán en el centro de la máquina (de 31 kilómetros de longitud). Los electrones y positrones, al máximo de operación del acelerador, chocarán 7.000 veces por segundo con una energía total de colisión de 500 gigaelectronvoltios (GeV), según ha informado el CERN.

El Informe Técnico de Diseño, en el que han trabajado expertos de más de un centenar de universidades y laboratorios de 12 países, incluye un plan de trabajo para ponerlo en marcha. Como los aceleradores son máquinas que exigen mucho tiempo de diseño, ensayo de tecnología y construcción antes de poder suministrar a los científicos nuevos datos para avanzar en el conocimiento de la naturaleza, cada nueva máquina ha de ser proyectada con suficiente anticipación, aunque la última puesta en marcha, ahora el LHC, tenga aún por delante mucha vida útil e incluso se solape su funcionamiento en el futuro.

Un grupo de astrónomos ha anunciado hoy el hallazgo de ocho nuevos planetas extrasolares en la zona conocida como Ricitos de oro, orbitando a una distancia donde el agua líquida podría existir en la superficie del planeta. Esto duplica el número de planetas pequeños (de menos de dos veces el diámetro de la Tierra) que se cree que están en la zona habitable de sus estrellas. Entre estos ocho planetas hay dos que, según los investigadores, son los más similares a la Tierra hallados hasta el momento.

El hallazgo, realizado por el Centro Harvard-Smithsonian para la Astrofísica (CfA), en Estados Unidos, ha sido anunciado hoy en una reunión de la Sociedad Astronómica Americana, pero no ha sido publicado aún por ninguna revista científica. “La mayor parte de estos planetas parecen rocosos, como la Tierra”, ha dicho el investigador principal, Guillermo Torres, del CfA.

Los dos planetas más parecidos a la Tierra son Kepler-438b y Kepler-442b. Los dos orbitan enanas rojas que son más pequeñas y frías que nuestro Sol. Kepler-438b lo hace cada 35 días, mientras que Kepler-442b lo hace cada 112.

Kepler-438b tiene un diámetro un 12% mayor que la Tierra, y un 70% de posibilidades de ser rocoso, según los investigadores. El planeta recibe un 40% más de luz que la Tierra, y los astrónomos creen que tiene un 70% de posibilidades de estar en la zona habitable de su estrella. Kepler-442b, por su parte, es un tercio mayor que la Tierra, con un 60% de posibilidades de ser rocoso.

“No sabemos con seguridad si cualquiera de estos planetas son realmente habitables”, dice David Kipping, del CfA. “Todo lo que podemos decir es que son candidatos prometedores”.

Antes de estos dos planetas, los más parecidos a la Tierra hallados eran Kepler-186f, a unos 500 años luz de nuestro planeta, y Kepler-62f, que es 1,4 veces más grande que la Tierra y recibe un 41% más de luz. Para estar en la zona habitable de su estrella, un exoplaneta debe recibir al menos la misma luz que la Tierra. Si recibe demasiada, el agua se evaporará. Si es muy poca, se congelará.

Hasta aquí la noticia que publica El Pais. Somos conscientes de que cada día que pàsa son más grandes las posibilidadesa de encontrar “otras Tierras”, y, si eso es así (que lo es), no habría que extrañarse si en alguna de ellas, está presente alguna forma de vida.

  De cómo llegamos hasta los Quarks

Debajo de esta imagen, en un lugar llamado Cienciaes.com, se puede leer lo siguiente:

a singularidad de nuestra galaxia ha podido permitir que surja la vida

“Como saben mis lectores, en un libro reciente he defendido la idea de que nuestro planeta es rarísimo, ya que posee un satélite muy especial, la Luna, la cual ha desempeñado una función fundamental para la evolución de los animales inteligentes y el nacimiento de la civilización tecnológica en la que (aún) nos encontramos. Puesto que la Luna se origina a partir de un acontecimiento muy improbable, la colisión entre dos planetas poco después de su formación en condiciones de velocidad y ángulo muy determinadas, la conclusión que alcanzo es que será improbable que otros seres inteligentes nos acompañen en la galaxia.”

Ni que decir tengo que, no estoy, en absoluto de acuerdo con dicha afirmación y creo que, en nuestra Galaxia y en otras muchas, también se han dado, en muchos planetas que orbitan diferentes estrellas, formas de vida de todo tipo, incluidas las inteligentes.

                      Imagem cedida por Diamond Light Source

Acelerador de partículas construido en las instalaciones del Diamond Ligth Source en Oxfordshire (Inglaterra). Llamado la Fuente luminosa de diamante, el Diamond synchrotron comenzó a funcionar en enero de 2007. La luz que generar este artefacto es 100 mil millones de veces más brillante que un rayo X estándar médico.

Un acelerador de partículas (como todos sabemos) es, a grandes rasgos, una máquina que mediante campos electromagnéticos acelera partículas hasta que alcanzan velocidades inimaginables. Luego, por ejemplo, hacen chocar estas partículas y así se consigue saber de qué está formada la materia en sus partes más diminutas (mucho más diminutas que un átomo). Eso es lo que hace el LHC.

Sin embargo, en el caso de este acelerador, los científicos esperaban usar la luz del Diamond synchrotron “leer” los textos antiguos que han sufrido un daño significativo. Porque los potentes rayos X permitirán hacerlo sin ni siquiera abrir el libro. El synchrotron emite un rayo X tan poderoso que, al incidir en una voluta, permite producir una imagen de 3-D del texto.

La técnica ya había sido aplicada satisfactoriamente en textos escritos con la tinta de hierro, que los escribanos comenzaron a usar en el siglo XII. Algunas de las tintas hechas con extractos vegetales y sales de hierro utilizadas en el Siglo XII deterioran el de pergamino utilizado, imposibilitando la lectura de documentos valiosos. Simplemente he querido incluir esta introducción para que os hagais una idea de hasta donde puede llegar nuestro ingenio.

                                                                       (ilustración de un nano robot)

Si hablamos de nuevos inventos en los campos más diversos, nos podríamos sorprender de lo que se ha conseguido en los últimos años que,   una “mano robótica” capaz de realizar toda clase de movimientos, “El sexto sentido”, una interfaz gestual portable que permite la interacción los gestos y los movimientos naturales del cuerpo humano con una computadora,  o, un Implantes de retina, que devuelve la visión a pacientes con degeneración macular y ceguera mediante implantes microelectrónicos. Entre los últimos inventos dedestaca una variedad de plástico hecha con orina de cerdo y lentes de biónicos. Se inventa un proceso capaz de cultivar parte de un corazón humano a partir de células madre, una máquina que puede imprimir una novela completa de 300 páginas en tan solo 3 minutos y por un costo ínfimo, una batería que funciona con cualquier solución azucarada y enzimas de digestión de glucosa capaz de extraer electrones que crean electricidad…

Las nuevas tecnologías y los inventos que se están produciendo en el diglo XXI, harían abrir la boca por el asombro a los filósofos naturalistas del pasado que trataban de profundizar en el conocimiento de la Naturaleza. Ellos fueron los que pusieron las primeras piedras del Edificio que hoy, llamamos Ciencia.

Corazones e Hígados artificiales, el guante de braille ciegos, o, yendo más allá…

Un “Diente telefónico”. Se trata de un minúsculo implante que se coloca en el diente molar y que mediante un complejo sistema de señales y vibraciones permite recibir llamadas telefónicas. Tejido artificial nanotecnológico, Parche hormonal anticonceptivo, o, esa invención que hace posible que con una pequeña gota nos permite si en una bebida se ha vertido alguna de las llamadas “drogas del depredador” como las GHB o la Ketamina. Estas drogas suelen utilizarse por violadores y secuestradores pues facilitan dicho crimen al desinhibir a la víctima. El “Motor a nanoescala”, lo suficientemente pequeño como para viajar en la espalda de un virus. Un dispositivo que administra medicamentos a través de ondas sonoras que sustituyen las inyecciones, siendo igual de efectivas. Plástico inteligente capaz de modificar su estructura ante la exposición de determinadas longitudes de onda. Un dispositivo móvil creado por Aqua Sciences que permite beber agua del aire. ¿Os imaginais lo que supondrá eso en la travesía de un desierto? INSCENTINEL inventa un sistema de entrenamiento que abejas sean capaces de detectar bombas y explosivos.

  Las cosas no llegaron por arte de magia… ¡muchas ideas hicieron falta!

miramos a nuestro alrededor y todo lo que vemos que ocurre nos parece lo normal, que las cosas son así. Sin embargo, habría que pensar -por ejemplo, en el ámbito de la física de partículas- que, el diluvio de estructuras subnucleares que desencadenó “el acelerador”  de partículas, fue tan sorprende los objetos celestes que descubrió el telescopio de Galileo. Lo mismo que pasó con la revolución galileana, con la venida de los aceleradores de partículas, la Humanidad adquirió unos conocimientos nuevos e insospechados acerca de cómo era el mundo, la naturaleza de la materia.

Que en caso de los aceleradores se refería al “espacio interior” en lugar de al “espacio exterior” no los hacía menos profundos ni menos importantes. El descubrimiento de los microbios y del universo biológico invisible por Pasteur fue un descubrimiento similar y, ya puestos, haremos notar que pocos se acuerdan ya de Demócrito, aquel filósofo sontiente que, tomó prestado de los antiguos hindúes, la idea del á-tomo, la expresión “más pequeña de la materia” que era “indivisible”.

Sabemos que Demócrito estaba equivocado y que el átomo, sí se puede dividir. Sin embargo, él señaló un camino y, junto a Empédocles, el que hablaba de “elementos” como agua, aire, fuego y tierra, para significar que eran los componentes, en la debida proporción de todo lo que existía…, junto a otros muchos, nos han traído hasta aquí. Así que, los inventos que antes se mencionaban, no han llegado porque sí, ha sido un largo camino, mucha curiosidad y mucho (no lo olvidemos), ¡Trabajar, Observar, Imaginar y Experimentar!

Nos dimos cuenta y estaba claro que la búsqueda de la menor de las partículas requería la mayor de las energías para que se expandiese la capacidad del ojo humano: primero lupas, después microscopios y, finalmente… ¡Aceleradores! que, utilizando energías inimaginables ( 14 TeV), nos llevaría hasta las entrañas de la materia que tratamos de conocer.

Todos estos experimentos en los aceleradores han posibilitado muchos de los avances que hoy día conocemos en los distintos campos del saber humano. Generalmente, cuando se habla de aceleradores de partículas, todos piensan en el Bosón de Higgs y cosas por el estilo. Sin embargo, las realidades prácticas de dichos ingenios van mucho más allá.

“La “gran ciencia” (big science) genera tecnología, tecnología punta, genera industria, mucha industria, genera riqueza. Los grandes aceleradores de partículas, como el LHC del CERN, son ejemplos perfectos de ello. La tecnología de aceleradores de partículas ha permitido desarrollar dispositivos de implantación iónica que se utilizan para la fabricación de mejores semiconductores, para la fabricación prótesis de rodilla más duraderas, para la fabricación de menos contaminantes, para el desarrollo de nuevas terapias contra el cáncer. Esto último gracias a que lo último de lo último en superimanes superconductores está en los grandes aceleradores. Esta tecnología ha permitido desarrollar y permitirá mejorar los potentes imanes necesarios en el diagnóstico clínico (como en resonancia magnética nuclear) y para terapias contra el cáncer basadas en haces de protones. Nos lo  Elizabeth Clements, en “Particle physics benefits: Adding it up,” Symmetry, dec. 2008″ (Francis (th)E mule Science’s News).

Beneficios de la investigación básica en Física de Partículas: La tecnología desarrollada en los aceleradores de partículas tiene beneficios indirectos para la Medicina, la Informática, la industria o el . Los imanes superconductores que se usan para acelerar las partículas han sido fundamentales para desarrollar técnicas de diagnóstico por imagen como la resonancia magnética. Los detectores usados para identificar las partículas son la base de los PET, la tomografía por emisión de positrones (antipartícula del electrón). Y muchos hospitales utilizan haces de partículas terapia contra el cáncer.

Con velocidades 10.000 mayor que una conexión típica, “The Grid” podrá enviar un catálogo completo de información Gran Bretaña a Japón en menos de 2 segundos. Esta red, creada en el centro de física de partículas CERN, puede proveer el poder necesario para transmitir imágenes holográficas; permitir juegos en línea con cientos de miles de personas, y ofrecer una telefonía de alta definición en video al precio de una llamada local

Así, la World Wide Web (WWW), el ‘lenguaje’ en el que se basa Internet, fue creado en el CERN para compartir información entre científicos ubicados alrededor del mundo, y las grandes cantidades de que se producen motivan el desarrollo de una red de computación global distribuida llamada GRID. Los haces de partículas producidos en aceleradores tipo sincrotrón o las fuentes de espalación de neutrones, instrumentos creados para comprobar la naturaleza de la materia, tienen aplicaciones industriales en la determinación de las propiedades de nuevos materiales, así como para caracterizar estructuras biológicas o nuevos fármacos. Otras aplicaciones de la Física de Partículas son la fabricación de , esterilización de recipientes para alimentos o reutilización de residuos nucleares, entre otros muchos campos.

Tambien en el campo de la Astronomía, el LHC, nos ayudar a comprender cosas que ignoramos. Nos henmos preguntado sobre la existencia de estrellas de Quarks-Gluones, y, sobre el tema, algo nos ha dicho ya el Acelerador Europeo de Partículas que trata de llegar hasta “la materia oscura” y algunos otros enigmas que nos traen de cabeza.

No es extraño encontrarnos una mañana al echar una mirada a la prensa del día, con noticias como éstas:

Colisión de iones pesados registrada por el experimento ALICE. (Imagen: CERN.)

El acelerador europeo ha obtenido plasma de quarks–gluones, el primer estado de la materia tras el Big Bang.

“No todo son bosones de Higgs en las instalaciones del CERN. Aún hay muchas preguntas sobre el universo y sus partículas que se pueden responder a de colisiones de alta energía. Y en eso, elLHC es el mejor. Un grupo de investigadores del consorcio europeo ha realizado nuevas mediciones de la que creen que es el primer tipo de materia que hubo durante los instantes iniciales del universo. El plasma de quarks–gluones.

Los quarks y los gluones son, respectivamente, los ladrillos y el cemento de la materia ordinaria. Durante los primeros momentos tras el Big Bang, sin embargo, no estaban unidos constituyendo partículas —como protones o neutrones— sino que se movían libremente en estado de plasma. A base de colisionar iones de plomo —que es un átomo muy pesado— a velocidades cercanas a las de la luz, el LHC pudo recrear durante pequeños lapsos de tiempo las que se creen fueron las de los primeros momentos del universo.

El plasma de quarks–gluones es extremo y efímero. Por eso los investigadores han tenido que analizar los de más de mil millones de colisiones para obtener resultados significativos.”

Evento de colisión de 7 TeV visto por el detector LHCb. El experimento del LHCb en el LHC estará bien ubicado para explorar el misterio de la antimateria. Crédito: LHC, CERN. Ya sabéis que, durante muchos años, la ausencia de antimateria en el Universo ha atormentado a los físicos de partículas y a los cosmólogos: mientras que el Big Bang debería haber cantidades iguales de materia y antimateria, no observamos ninguna antimateria primordial hoy en día. ¿Dónde ha ido? Los experimentos del LHC tienen el potencial de dar a conocer los procesos naturales que podrían ser la clave para resolver esta paradoja.

Cada vez que la materia es creada a partir de energía pura, se genera la misma cantidad de partículas y antipartículas. Por el contrario, cuando la materia y la antimateria se encuentran, se aniquilan mutuamente y producen luz. La antimateria se produce habitualmente cuando los rayos cósmicos chocan contra la atmósfera de la Tierra, y la aniquilación de materia y antimateria se observa durante los experimentos de física en los aceleradores de partículas.

Equipos de físicos en todo el mundo siguen analizando . Aquellas primeras colisiones de protones a la alta energía prevista de 7 Teraelectronvoltios (TeV), una potencia jamás alcanzada en ningún acelerador antes, nos puede traer noticias largamente esperadas y desvelar misterios, contestar a preguntas planteadas y, en definitiva, decirnos cómo es la Naturaleza allí, donde el ojo humano no puede llegar pero, si la inteligencia.

Lo cierto es que, todos tenemos que convenir en el hecho cierto de que, el LHC es el mayor experimento físico de la historia de la Ciencia y que, de seguro, nos dará la de comprender muchas cuestiones que antes se nos aparecían oscuras e indistinguibles entre la bruma de esa lejanía infinitesimal de la cuántica. Ahora, tenemos una herramienta capaz de llevarnos hasta aquellos primeros momentos en los que se construyó la historia del universo y, si podemos, de esta manera “estar allí”, veremos, con nuestros propios ojos lo que pasó y por qué pasó de esa manera.

Toda esta larga exposición de temas, de alguna manerta conectados, viene al caso para dejar claro que, aquellos detractores del LHC, no llevaban la razón y, sus protestas no tenían un científico. El Acelerador de Partículas que llamamos abreviadamente LHC, nos ha dado y nos seguirá dando, muchos beneficios para toda la Humanidad.

El año que acaba de comenzar será especialmente interesante en astronomía y física de partículas. Llegaremos a Plutón y Ceres y el LHC se pondrá de nuevo en marcha, pero eso son solo algunas de las grandes citas de la agenda científica. Nos esperan muchas sorpresas en física y astronomía, nuevos y sorprendentes hallazgos nos darán muchos motivos para pensar y hacernos preguntas que, hasta el momento, nadie supo responder.

emilio silvera