El Gran Acelerador de Hadrones (LHC en sus siglas en inglés) es el mayor y más poderoso acelerador de partículas del mundo, diseñado para colisionar haces de partículas (generalmente protones) a una energía de 7 tera electrónVoltios. El colisionador está contenido en un túnel circular con 27 kilómetros de circunferencia, bajo la frontera suizo-francesa, cerca de Ginebra.
Se espera que el LHC ayude a responder preguntas fundamentales de la física de altas energías y corrobore o descarte modelos más allá de nuestro actual modelo de física de partículas, denominado Modelo Estándar.
Dentro de los objetivos más importantes del LHC destacan:
- ¿Es realmente el mecanismo de Higgs la explicación a cómo y por qué las partículas que conocemos adquieren masa? Mediante la observación de la partícula asociada a este mecanismo – denominada bosón de Higgs – se espera corroborar (o descartar) esta teoría.
- ¿Es supersimetría la extensión natural de nuestro modelo estándar? Supersimetría postula que cada una de las partículas que conocemos tiene asociado un “compañero supersimétrico”. Estas nuevas partículas no han sido observadas debido a su gran masa.
- ¿De qué está compuesta la materia oscura? Actualmente el 23% de la masa del universo (las partículas que conocemos hasta ahora sólo conforman el 4%) está compuesta de una “sustancia” desconocida, denominada materia oscura.
Mientras esperamos una respuesta a estas importantes preguntas abiertas de la física actual, el LHC ha contribuido de manera indirecta a la observación de un fenómeno que nos ha dejado por estos días, literalmente, con la boca abierta: existen partículas que viajan a una velocidad mayor a la de la luz!. Miles de interrogantes surgen enseguida: ¿Puede ser esto cierto y cuáles son las consecuencias?, ¿Cuáles son las propiedades de estas partículas?, ¿Es posible que todo sea producto de un error experimental, sistemático?.
Comencemos por conocer estas partículas, llamadas neutrinos. El neutrino fue postulado por Wolfgang Pauli en 1930 como una “salida desesperada” al problema de la aparente no conservación de la energía en el decamiento beta. Citando a Pauli: “Vengo con una solución despesperada, dentro del núcleo puede existir una partícula electricamente neutra que yo denominaré neutrino... el espectro del decaimiento beta puede entenderse si la emisión de un electrón es acompañada por la emisión de un neutrino”. El temerario Pauli tuvo que enfrentar su teoría ante la explicación más popular de ese entonces: la ley de la conservación de energía no es absoluta, sino que aproximada. Sólo 30 años después de la salida despesperada de Pauli, pudo confirmarse experimentalmente la existencia del neutrino. Además, el neutrino no es único, existen tres “sabores” diferentes de neutrinos: electrónico, muónico y tau.
Desde su descubrimiento, estas fascinantes partículas no han dejado de sorprendernos: recientemente se comprobó que ellas tienen la habilidad de intercambiarse entre sí (oscilaciones) esto significa que si en un punto se emite un neutrino electrónico, existe la posibilidad que en otro punto lo detectemos como neutrino muónico o tau!, para poner aún más condimento en la historia del neutrino, se ha observado que el comportamiento de los neutrinos es diferente al de los anti-neutrinos (la antipartícula del neutrino) esto contradice uno de los principios fundamentales de la física!.
Finalmente, la guinda de la torta es el reciente hallazgo de neutrinos superluminales que viajan a velocidades mayores a la de la luz.
¿Cómo se llegó a este descubrimiento?
Desde el LHC es posible “producir” un haz de neutrinos muónicos, los cuales viajan a traves de la tierra (el neutrino interactua tan debilmente con la materia que puede atravesar la tierra sin problemas) una distancia de 730 kilómetros y son detectados en el Laboratorio Nacional del Gran Sasso, en Italia, en un detector bajo tierra, llamado OPERA. El objetivo de este detector es estudiar las oscilaciones de neutrinos muónicos a neutrinos tau y ser el primer laboratorio del mundo en observar este fenómeno.
El segundo objetivo del experimento es medir de manera muy precisa la velocidad del haz de neutrinos, estudio que fue dado a conocer la semana pasada. En el artículo elaborado por la colaboración de OPERA se reporta que los neutrinos llegan al detector 60 nanosegundos antes de lo que permite la velocidad de la luz, y este resultado es independiente del sabor de neutrino. El polémico descubrimiento está en contradicción con experimentos anteriores, que usaron un haz de neutrinos menos energético que el producido en el LHC. Dos experimentos de neutrinos, uno en Estados Unidos y el otro en Japón, ya han aunciado que están en condiciones de repetir el experimento y chequear las observaciones de OPERA.
De confirmarse este resultado, ¿qué consecuencias tiene para la física como la conocemos?
Pareciera que las posibles respuestas, abren mas dudas. ¿Enviar un mensaje en el tiempo con neutrinos?, ¿Efecto antes de la causa?. Una consecuencia de la exitosa teoría de la relatividad general es que el límite de velocidad en nuestro espacio-tiempo es la velocidad de la luz, y esta teoría ha probado ser cierta con gran precisión, hasta ahora. ¿Debemos abandonar nuestras creencias o existirá otra salida desesperada a este problema?.
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