Máquina de romper trabajando
La noticia reciente es que el gigante acelerador LHC ha iniciado un programa científico. De hecho, fue inaugurada en la primavera de 2008, pero se produjo una grave avería que obligó a los físicos a suspender el trabajo hasta la reparación de la máquina gigante. Se puso en marcha de nuevo en noviembre de 2009 y en la primavera de 2010 se han iniciado los experimentos científicos.
¿Qué van a hacer? ¿Para qué sirve este acelerador gigante? Pues hay dos tipos de respuesta. Una es una respuesta muy prosa: que sirve para investigar el origen del universo, etc., por ejemplo, qué pasó en los siguientes momentos del Big Bang. Pero la otra respuesta es más clara para quien quiere saber qué hace la máquina: es una gran máquina de romper objetos.
Los objetos que rompe no son objetos que vemos y utilizamos en nuestra vida cotidiana, sino que forman sus átomos. En el acelerador, cogen velocidad y hacen chocar las partículas. La labor de los físicos consiste en identificar los fragmentos que se generan en los choques para obtener información sobre la materia.
¿Por qué se necesita una gran máquina para hacerlo? Porque se necesita mucha energía para provocar estos impactos. Se entiende por qué con ejemplos de la vida cotidiana. Imagina que queremos saber de qué está hecho un aparato de radio.
Para conseguirlo es posible romper el aparato para distribuirlo en piezas. Arrojado contra la tierra, por ejemplo. Aparecerán varios cables, circuitos, altavoz, etc. Estos son los ingredientes. Pero se puede avanzar. ¿De qué está hecho, por ejemplo, el altavoz? Para saberlo, como en el caso anterior, una opción es romper esa pieza. Sin embargo, es necesario un nuevo sistema de rotura. Si en el experimento anterior no se ha roto, volviendo a tirar contra el suelo no se rompe. Ahora se necesita más energía. Si tocamos con un martillo, por ejemplo, tendremos a la vista los componentes del altavoz. Se repartirán imanes, una membrana de hilo, etc. Pero se puede avanzar de nuevo. ¿De qué está hecho el imán? Pues lo mismo: hay que romper con más energía.
Contra las fuerzas
Esto es lo que hacen los físicos para investigar los componentes básicos de la materia. Para investigar los átomos, éstos se rompen con una energía cada vez mayor y analizan los fragmentos que se generan.
De hecho, para romper un átomo no se necesita mucha energía. Para liberar los electrones de la influencia del átomo, que es una forma de romper el átomo, sólo se necesita una pequeña fuerza eléctrica, que a veces se produce con la mera presencia de otros átomos a su alrededor. Según el átomo, liberar electrones es un proceso que requiere mayor energía, pero todavía nos referimos a medidas que pueden ser creadas por un aparato doméstico, como la energía que hace el tubo catódico de una antigua televisión.
Sin embargo, la energía necesaria para romper el propio núcleo del átomo es muy grande. En las primeras bombas atómicas, para romper los núcleos de uranio o plutonio, se utilizaba el explosivo RDX (en las centrales nucleares los núcleos de uranio son bombardeados con neutrones para poder romper).
Siguiendo un paso adelante, para saber de qué están formadas las partículas que componen el núcleo, entramos en un campo de niveles energéticos muy elevados. Los físicos de la década de 1960 afirmaron que los neutrones y los protones están constituidos por quarks. Para afirmar que esto es así, los núcleos de los átomos debían romperse con una energía muy alta.
León M. Lo logró el físico Lederman en 1977, utilizando un acelerador del laboratorio Fermilab. Lederman ganó el Premio Nobel, no por eso, sino por la investigación con neutrinos. Pero usando un acelerador, detectó un b quark.
La pregunta es: ¿todavía se puede avanzar? ¿Se pueden romper las quarkas para ver de qué están formadas? La respuesta es "no". El acelerador LHC es la máquina que en este momento produce los impactos de mayor energía. Y, por decirlo de alguna manera, aporta energía suficiente para liberar quarkas, pero no para romper. Y a pesar de hacer una máquina más "fuerte" que el LHC, no se puede alcanzar el nivel de energía que rompería el quarks. Esta energía se ve incrementada por varios órdenes de magnitud. No es posible sin más.
Otra cosa es que los trozos que se generan en estos choques no son permanentes, se deshacen. Un neutrón libre dura sólo 15 minutos antes de su desintegración. Al desintegrarse da un protón, un electrón y un neutrino; si los físicos detectan estas tres partículas entre los fragmentos, pueden concluir que se ha producido un neutrón. Los quarks duran mucho menos (entre 10 y 25 segundos aproximadamente). Y si pudiéramos liberar los componentes de los quarks, durarían mucho menos tiempo, y sus productos desintegrados también se disolverían muy rápido.
Por eso, en cierta medida, hemos tocado arriba con el acelerador LHC. Se puede mejorar y, por supuesto, quedan muchos experimentos a nivel de energía que da. También se puede hacer otro acelerador más grande, pero los físicos saben que por ese camino no podrán obtener partículas menores que el quarka. Estamos en la frontera.
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