Zapatero Campos Juan Armando/Ingeniería Mecatrónica/

Taller de investigación I/Karina Santoyo Cruz

El CERN halla la 'partícula de Dios' que explica por qué existe la materia

Introducción histórica 

Fundado en 1954, el laboratorio es uno de las primeras empresas a riesgo compartido de  Europa que cuenta ahora con 20 Estados Miembros.

 La Organización Europea para la Investigación Nuclear (nombre oficial), comúnmente conocida por la sigla CERN (sigla provisional que respondía al nombre en francés Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, es decir, Consejo Europeo para la Investigación Nuclear), es el mayor laboratorio de investigación en física de partículas a nivel mundial.

Está situado en la frontera entre Francia y Suiza, entre la comuna de Meyrin (en el Cantón de Ginebra) y la comuna de Saint-Genis-Pouilly (en el departamento de Ain).

1954

El primer acelerador de CERN, un sincro-ciclotrón de protones de  600 MeV comienza a ser operado en 1954 (Félix Bloch director general en este año). Uno de los primeros logros experimentales es la observación del decaimiento del pion en un electrón y un neutrino.   Más tarde, en 1959, se logró alcanzar una energía de 28 GeV con el sincrotrón de protones PS, que en ese tiempo era el acelerador de más alta energía en el mundo. 

1967

CERN comisiona el ISOLDE Separador de Isótopos en-Línea para el estudio de los núcleos de vidas muy cortas. Esta facilidad de clase mundial extiende el rango de la investigación del CERN. Bajo un acuerdo especial entre el CERN y Francia, el trabajo comienza en la cámara líquida de burbujas pesada en Gargamello. CERN, Francia y Alemania, construyen una cámara de burbujas de hidrógeno de 3.7 metros equipada con el imán superconductor más grande en el mundo.

1968

La invención de las cámaras proporcionales multialámbricas revoluciona el dominio de los detectores electrónicos de partículas.

1972

Un complejo inyector de cuatro anillos de 800 MeV es construido para incrementar la energía inyectada del PS. Con el inyector y el nuevo Linac (acelerador lineal), que comienza a operar en 1978, la máquina PS excede la intensidad esperada del diseño por más de millares.  Este sistema interconector de aceleradores, con el PS como el tubo central, provee una variedad de rayos de partículas (no paralelos) y de posibilidades de investigación. 

1973

Los primeros descubrimientos en el ISR (anillos intersectores de almacenaje) muestran que los protones incrementan su tamaño cuando su energía es incrementada; u las partículas que emergen a ángulos extensos revelan la dispersión entre las partículas constituyentes dentro de los protones. La cámara de burbujas en Gargamelle en un rayo de neutrinos en el PS provee uno de los descubrimientos más importantes del CERN: los neutrinos pueden interactuar con otras partículas y permanecen como neutrinos. Esta “interacción de corriente neutral” es un fuerte apoyo a una teoría que intenta unir nuestro entendimiento de la fuerza débil –gobernando fenómenos tales como el de la radioactividad- con la fuerza electromagnética.

1976

Comienza la operación del Súper Sincrotrón de Protones (SPS). La capacidad del acelerador alcanza un pico de energía de 500 GeV.

1983

Descubrimiento histórico de los bosones W y el bosón Z, los portadores de la fuerza nuclear débil. Esto confirma la teoría unificadora de las fuerzas débil y electromagnética, la “teoría electrodébil”.

1990

Tim Berners-Lee, junto con Robert Cailliau en CERN, proponen un sistema de información distribuida, basado en el “hipertexto”, una manera de conectar piezas relacionadas de información almacenada en computadoras. Escondiendo direcciones de red detrás de ítems resaltados en la pantalla, la información puede ser conectada entre varias computadoras. El nombre escogido fue “World Wide Web”.

1995

En Septiembre de 1995, un equipo internacional liderado por Walter Oelert, tuvieron éxito sintetizando átomos de antimateria de sus partículas constituyentes. La creación de átomos de antimateria en el CERN ha abierto puertas a la exploración sistemática del antimundo.

2000

Experimentos en el CERN presentan evidencia de un Nuevo estado de material 20 veces más densa que la material nuclear, en la cual los quarks, en lugar de estar ligados a partículas más complejas como protones o neutrones, son capaces de permanecer libres. Este estado, el “plasma quark-gluon”, debe haber existido solo unos microsegundos después del Big Bang, antes de la formación de partículas de material.

2001

Este año el CERN anuncia sus resultados finales en la violación directa de Carga y Paridad, violación-CP, el sutil efecto que explica la preferencia de la naturaleza por la materia sobre la antimateria. Los resultados demuestran sin duda que la violación directa de CP existe.

2002

En la facilidad Decelerador Antiprotón (AD), la colaboración ATHENA anunció la primera producción controlada de grandes cantidades de átomos de antihidrógeno a bajas energía. La colaboración ATRAP del CERN fue pionera de esta tecnología de interceptación.

Experimentos

Aceleradores y Detectores

El CERN operaba una red de 6 aceleradores y un decelerador. Cada máquina en la cadena incrementa la energía de los haces de partículas antes de pasar por los experimentos o el acelerador próximo más poderoso. Las máquinas activas hasta el 2005 (antes de convertirse en el nuevo Gran Colimador de Hadrones (LHC)) eran:

Dos aceleradores lineales que generan partículas de baja energía que se inyectan en el Sincrotrón de Protones. Uno es para protones y otro para iones pesados. Son conocidos como Linac2 y Linac3 respectivamente.

El PS Booster, que incrementa la energía de las partículas generadas por los aceleradores lineales antes de ser transferidas a los otros aceleradores.

El PS Sincrotrón de Protones de 28 GeV que se construyó en 1959 y que aun operaba como el alimentador de uno más poderoso el SPS.

El Súper Sincrotrón de Protones (SPS), un acelerador circular con un diámetro de 2 kilómetros construido en un túnel, que comenzó a operar en el 76. Fue diseñado para depositar una de 300 GeV y fue gradualmente aumentando hasta los 450 GeV. Así como tiene sus propias trayectorias para los rayos de partículas hacia experimentos de blanco fijo, también inyecta los haces en el Gran Colimador de Electrón-Positrón. Desde el 2007 comenzará a inyectar protones e iones pesados en el LHC.

El Separador de Masas de Isótopos en Línea (ISOLDE), el cual es usado para estudiar núcleos inestables. Las partículas son aceleradas en el PS Booster antes de entrar al ISOLDE. Se actualizó en 1992.

El Decelerador de Antiprotones (AD), el cual reduce la velocidad de los antiprotones al 10% de la velocidad de la luz, para la investigación de la antimateria.

Acaba de escribir un nuevo capítulo crucial en la historia de la Física, al descubrir una nueva partícula subatómica que confirma con más de un 99% de probabilidad la existencia del bosón de Higgs, conocido popularmente como la 'partícula de Dios', un hallazgo fundamental para explicar por qué existe la materia tal y como la conocemos.

Con los resultados presentados hoy la existencia del bosón de Higgs, la partícula subatómica teorizada por el físico británico Peter Higgs en los años sesenta, sobre la que reposa el Modelo Estándar de la Física de Partículas, es prácticamente un hecho.

Si no fuera por el bosón de Higgs, las partículas fundamentales de las que se compone todo, desde un grano de arena hasta las personas, los planetas y las galaxias viajarían por el Cosmos a la velocidad de la luz, y  el Universo no se habría 'coagulado' para formar materia. Por ese motivo, el premio Nobel Sheldon Glashow la apodó como 'the God particle' ('la partícula de Dios')

ATLAS, uno de los dos experimentos del CERN que busca el bosón de Higgs", ha confirmado la observación de una nueva partícula a un nivel de 5 sigma (una forma de medir la probabilidad de que los resultados sean ciertos que ronda el 100%). Esta medición implica que  la probabilidad de error es de una en tres millones, una cifra que, oficialmente, es suficiente para dar por confirmado un descubrimiento.

Los datos del CERN no son todavía tan concluyentes como para poder afirmar con total certeza que han encontrado la 'partícula de Dios', pero están realmente cerca de alcanzar ese objetivo. "Hemos encontrado un nuevo bosón con una masa de 125,3 gigaelectrónvoltios, con un grado de consistencia de 4,9 sigma. Estamos de acuerdo con el modelo estándar en un 95%, pero necesitamos más datos", explicó Icandela.

"Observamos en nuestros datos claros signos de una nueva partícula, con un nivel de confianza estadística de 5 sigma (superior al 99,99994%), en la región de masas de alrededor de 125 GeV. El excepcional funcionamiento del LHC y ATLAS, y los enormes esfuerzos de mucha gente, nos han llevado a esta emocionante etapa", asegura la portavoz del experimento ATLAS, Fabiola Gianotti, "pero se necesita un poco más de tiempo para preparar estos resultados para su publicación".

http://www.elmundo.es/elmundo/2012/07/04/ciencia/1341382835.html

http://www.ifug.ugto.mx/~particul/pages/cern_esp.html