martes, 30 de marzo de 2010

Física

Cayetano López
Catedrático de física teórica de la UAM y director del CIEMAT
Martes, 30 de Marzo de 2010



Hoy se han conseguido las primeras colisiones de partículas a muy alta energía gracias al LHC. Este hecho supone "una nueva era" para la física de partículas, como afirma la responsable del Atlas. Cayetano López, catedrático de física teórica en la Universidad Autónoma de Madrid y director del CIEMAT (Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas) ha charlado con los lectores sobre lo que puede suponer este importante avance en la física.



Los internautas preguntan a Cayetano López


fernansolo1. 30/03/2010 - 17:33h.

¿Se preven cambios radicales en las teorías que compone la física como disciplina científica, conforme los investigadores estudien los datos extraidos del LHC? ¿Cuál es el fin último de esta herramienta, el LHC?

El fin último de esta herramienta es explorar un rango de energía en las interacciones entre partículas nunca antes alcanzado. Hay cosas que se esperan, como la partícula de Higgs, para completar las teorías existentes. Hay otros hallazgos posibles que podrían indicarnos cómo ir más allá de la teoría estándar que conocemos y que está verificada en miles de experimentos a más bajas energías. Pero lo verdaderamente excitante sería que se produjera algún hallazgo inesperado que nos obligara a un cambio sustantivo respecto de las ideas existentes.

Óscar Álvarez2. 30/03/2010 - 17:36h.

¿Qué posibles avances para la ciencia puede suponer este logro? ¿Se podría obtener una fuente de energía inagotable con esta tecnología?

Este tipo de investigación no es aplicada y, en particular, no tiene relación con la producción de energía útil con fines sociales. Los posibles avances se refieren a nuestro conocimiento de los componentes más elementales de la materia y sus interacciones, con repercusiones cosmológicas como la naturaleza de la materia oscura o la asimetría materia-antimateria en el universo.

Carlos3. 30/03/2010 - 17:41h.

¿Qué ocurre con las partículas cuando colisionan y qué efectos producen o se generan a su alrededor? ¿Cambia el color de la luz? ¿Se genera mucho mas calor? ¿Sonido?

Cuando las partículas colisionan lo que ocurre es que parte de su energía cinética se transforma en nuevas partículas. Es la materialización de la identidad energía-materia "al revés". Generamos energía cinética y obtenemos partículas. Cuanta mayor sea la energía en la colisión mayor es la masa de las partículas que se pueden producir, de ahí el interés de explorar nuevos intervalos de energía. Entre las partículas de luz producidas hay fotones, es decir partículas de luz. El color sólo tiene sentido dentro del estrecho rango del espectro de luz visible. Los fotones producidos en estas colisiones son mucho más energéticos que los de la luz y se sitúan más allá del azul, del ultravioleta e incluso de los rayos X. No hay sonido. El sonido es una propiedad macroscopica de ondas de materia en aire.


Alvaro Brun4. 30/03/2010 - 17:46h.

¿Es cierto que al efectuar el experimento existe la posibilidad de extinguir el planeta y convertirlo en una nube estelar de neutrones o en un agujero negro? La creación de "materias extrañas" pueden contaminar a otras materias; o la creación de "monopolos magnéticos" pueden iniciar una reacción en cadena y convertir átomos en otras formas de materia.


Se ha especulado con la posibilidad de la formación de agujeros negros o "strangelets", que son agregados de quarks extraños, con consecuencias desastibilizadoras para el planeta e incluso la galaxia. Ha habido, incluso, una demanda judicial al respecto. Varios científicos han estudiado con detalle este asunto y han verificado que hay colisiones naturales en el Universo mucho más energéticas debidas a fenómenos catastróficos del tipo de colapsos de supernovas o similares y no se ha producido nunca este tipo de fenómenos, así que no parece que haya ningún peligro en el funcionamiento del acelerador.

NachoArg5. 30/03/2010 - 17:47h.

Soy Juan Ignacio de Argentina. Queria saber si estas coliciones llegaron a formar materia, o antimateria, o hay que esperar que se colisionen a mayores veocidades.

En estas colisiones, y en otras de menor energía, se producen partículas de materia y de antimateria por centenares.

Valencià6. 30/03/2010 - 17:49h.

Hola, Soy un estudiante de ingeniería informática y me gustaría saber qué puede aportar un ingeniero como yo a la investigación en ámbitos como este. Gracias

La informática es un ingrediente esencial. Sin ella serían imposibles este tipo de experimentos. En primer lugar, la reconstrucción de las trayectorias y las propiedades de las partículas se consigue a partir de los datos electrónicos brutos en los detectores mediante programas muy potentes. Por otra parte, el análisis de la masa ingente de datos que salen de estas reconstrucciones requiere nuevamente de potentes herramientas informáticas.

roberto ramas7. 30/03/2010 - 17:53h.

¿Cómo se diferencian los haces de protones de los haces de electrones? Cuando interactúan entre ellos, ¿se produce radiación electromagnética?

En el LHC colisionan haces de protones y no hay electrones. Hay otros aceleradores, como era LEP, o los sincrotrones en los que se aceleran electrones. Los electrones pierden más energía electromagnética al ser acelerados, por eso es más difícil llegar a las energías que llegan los protones, pero estos últimos, que pierden mucha menos energía por radiación electromagnética, son 1800 veces más pesados que los electrones y no son puntuales, así que las interacciones tienen lugar entre los quarks que los componen, lo cual hace que los resultados de las interacciones sean más "sucios" y más difíciles de interpretar. A cambio, se consiguen colisiones más energéticas.

Jorge A. Vázquez8. 30/03/2010 - 17:57h.

Buenas tardes, encantado de poder dirigirme a usted: ¿Hay indicios ya de cómo deberían comportarse todas estas partículas con cuya existencia se especula, o tendremos que esperar a que los datos sean reducidos por completo? De ser así, ¿cuánto tiempo se estima para que se confirme o descarte la existencia del bosón de Higgs, por ejemplo? Muchas gracias por su respuesta,

Habrá que esperar todavía un tiempo porque el análisis de los datos es muy complicado. La inmensa mayoría de las colisiones producen partículas "convencionales" por lo que se requiere un gran esfuerzo para identificar los pocos acontecimientos en los que se produciría alguna partícula nueva. El Higgs podría verse en este primer "run" de entre 18 y 24 meses si su masa estuviera en un rango "favorable" del orden de los 160 GeV. Si no está ahí habrá que esperar al segundo "run" en el que se doblará la energía de los haces.

bf1109. 30/03/2010 - 18:00h.

He leído en muchos sitios esta pregunta y no la entiendo, le agredecería que me la explicara. ¿Qué significa exactamente que sabremos por qué la materia es tal y como es?

Lo que pienso que has leído es que sabremos cuál es el origen de la masa de las partículas y, por tanto, por qué son como son. La razón es que en nuestra teoría estándar no podemos explicar la existencia de masas diferentes para las diferentes partículas a menos que exista el campo de Higgs, que proporciona esa masa a través de las interacciones con el resto de las partículas. Pero ese campo implica la existencia de una partícula, el bosón de Higgs, que es uno de los descubrimientos esperados en el LHC. Si esta partícula no existiera, sería difícil explicar en nuestras teorías las masas de las partículas.

JJ10. 30/03/2010 - 18:01h.

¿Cómo se originan los haces que colisionarán?

Los haces son de protones, es decir átomos de hidrógenos ionizados. Se parte de hidrógeno, se ioniza y los protones resultantes se van acelerando en diferentes fases.

mcarabali11. 30/03/2010 - 18:08h.

Hola, buenos días. ¿Cómo nos beneficia estas colisiones en el quehacer diario? Sé que será a largo plazo, pero ¿qué buscamos? El lunes a mis alumnos del colegio, ¿cómo le podría explicar lo sucedido? Gracias.

Desafortunadamente no creo que estos experimentos tengan ninguna repercusión en la vida diaria. Son para conocer más profundamente las propiedades más elementales de la materia y de las fuerzas de la naturaleza. En la historia de la ciencia las aplicaciones sociales más novedosas y rupturistas han partido de estudios para conocer mejor la naturaleza, como el caso de la electricidad, el laser, el radar, los procesadores, etc.

En general no se puede prever la futura utilidad de un conocimiento básico. En relación con la física de aceleradores, las aplicaciones prácticas que yo conozco están relacionadas con la medicina a través de los aceleradores de electrones de muchos hospitales, dispositivos de imagen médica, etc.

Alcaudon12. 30/03/2010 - 18:12h.

He leído estos días que tardaremos años en analizar toda la información conseguida en las colisiones del LCH, ¿qué opinión le merece el ingente gasto económico y humano cuando a día de hoy no hay posibilidad de tratar toda esa información? ¿No le parece exagerado? Muchas gracias

Se tardará en procesar, pero al final extraeremos toda la información generada en los aceleradores. Sobre el gasto que supone, es una cuestión de ponderación. En el pasado siempre se ha insistido en lo costoso de la investigación básica, pero nuestra vida está llena de aplicaciones que proceden de esa investigación y que no podían ser previstas, por ejemplo la electricidad, el laser, los ordenadores, Internet, etc. Un fracción minúscula del gasto militar en el mundo bastaría para financiar varios LHCs.

Juan Calzadilla13. 30/03/2010 - 18:15h.

¿Este acontecimiento puede motivar la revisión de la Teoría de Einstein y de su famosa fórmula E= mc2 (quiere decirse m elevado al cuadrado). Gracias.

Al contrario. Es una verificación constante y masiva (muchos miles de millones de veces por segundo) de esa ecuación. A partir de la energía cinética de los haces incidentes se crean nuevas partículas con una masa que se relaciona con la energía consumida para crearla a través de la "famosa" fórmula: E=mc2, donde E es la energía, m la masa y c2 es la velocidad de la luz elevada al cuadrado.

Miguel14. 30/03/2010 - 18:19h.

¿Podría mencionar algún hito de la Historia de la Física cuyo impacto sea comparable a esos "cambios sustantivos" que podrían llegar a derivarse de estas colisiones? De esa manera los legos podríamos conocer la importancia de este momento histórico.

Dependerá de lo que se encuentre. Si se encontraran, por ejemplo, partículas supersimétricas, creo que sería comparable al hallazgo de la primera partícula de antimateria en los años treinta. Si se identificara la materia oscura, quizá sería comparable al descubrimiento de la expansión del Universo a finales de los años veinte. El Higgs sería quizá comparable al descubrimiento de los quarks.

Juan Carlos15. 30/03/2010 - 18:20h.

Dada las grandes dimensiones del acelerador y la profundidad de su ubicación, imagino que también pueden ser muy grandes los posibles peligros de un experimento de esta naturaleza. ¿Es realmente así o no hay realmente posibles daños para su entorno inmediato si ocurriera algun fallo? Muchas gracias

No creo que pueda producirse ningún fallo que afecte al entorno. Ya hubo un grave fallo a finales de 2008 que requirió desmontar y reparar una parte importante del anillo del acelerador, con daños importantes a su estructura pero sin ninguna repercusión exterior.

Dogway16. 30/03/2010 - 18:24h.

¿Qué se sabe del graviton? ¿Podrán las colisiones probar su existencia?

No hay ninguna posibilidad de detección directa del gravitón en estos experimetos. El gravitón, y su manifestación a través de ondas gravitatorias, se estudian en otro tipo de experimentos. Lo que sí puede ocurrir es que se produzca algún hallazgo que ayude a entender cómo se pueden unificar la gravitación y la mecánica cuántica, es decir alguna pista de lo que puede ser una gravitación cuántica y eso tendría consecuencias teóricas importantes sobre la naturaleza de la gravitación y, por tanto, del gravitón.

Momo Catarelli17. 30/03/2010 - 18:27h.

Buenas tardes. Me gustaría que explicara de la forma más sencilla posible, qué mejoras espera obtener la comunidad científica de estos ensayos. Muchas gracias.

Lo que se espera, en primer lugar, es el descubrimiento de la partícula de Higgs y sus propiedades, algo necesario para "cerrar" la teoría estándar y comprender el origen de la masa de las partículas. También se espera alguna pista sobre simetrías, fuerzas o unificaciones superiores, del tipo de las llamadas partículas supersimétricas, si es que existen, o, si hay suerte, alguna idea de la naturaleza de la materia oscura, que supone un cuarto de toda la materia-energía presente en el Universo (la materia ordinaria, de la que estamos hechos nosotros, los planetas o las estrellas, supone sólo un 4 %)

Pablo18. 30/03/2010 - 18:31h.

¿Cuáles son los límites de esta investigación? ¿Existe una cartografía de los principales objetivos que debe cumplir el experimento? Imagino que los recursos son escasos y que es necesario tener resultados para darse por satisfecho.

Como en todo experimento de frontera, hay cosas previsibles en algún grado (aunque nunca hay seguridad, de ahí la necesidad de experimentar) como la partícula de Higgs, otros posibles resultados más especulativos, como la supersimetría o la naturaleza de la materia oscura, y, lo que resulta siempre más excitante, la posibilidad de que aparezcan cosas por completo inesperadas que sirvan para dar un nuevo giro a nuestras ideas teóricas.

Linkses19. 30/03/2010 - 18:32h.

¿Hay posibilidades de colaborar con el proyecto? En caso de que sí, ¿de qué forma?, ¿disponéis de algún programa de colaboración?

No me consta la posibilidad de formas de colaboración "abiertas". Todo está organizado dentro de la comunidad científica de este campo. De todas formas, creo que podría echar un vistazo a la página web del CERN (www.cern.ch)

Álvaro López Melián20. 30/03/2010 - 18:33h.

¿La velocidad y energía de las particulas aceleradas causa algún tipo de disturbios en el espacio-tiempo circundante a las mismas?

No se producirán modificaciones en el espacio tiempo más allá de las creadas por la propia existencia de las partículas que circulan por el anillo del acelerador.

Mensaje de despedida
Gracias a todos los participantes en el diálogo. Es importante para un científico "profesional" conocer las preguntas y las inquietudes del público en general. Ahora, crucemos los dedos. En unos meses veremos si algunas de las construcciones teóricas más sofisticadas jamás abordadas tienen un correlato experimental. Y, sobre todo, veremos qué sorpresas nos depara la naturaleza. Ojalá encontremos algo inesperado

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