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Un anillo subterráneo de 27 km, en la frontera entre Francia y Suiza, acelera protones casi a la velocidad de la luz para investigar el nacimiento del Universo. En el CERN, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) confirmó el bosón de Higgs y ahora busca señales de materia oscura y nueva física.
Bajo los campos verdes en la frontera franco-suiza funciona una máquina de 27 kilómetros que intenta recrear los primeros instantes del Universo. Es el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), instalado en el laboratorio europeo CERN, hoy el mayor acelerador de partículas del mundo.
El LHC es una especie de pista de carreras subatómica, donde las partículas reciben pequeños empujones sucesivos hasta alcanzar energías extremas. Actualmente, el acelerador opera con energías del orden de 6,5 a 6,8 TeV por haz, produciendo colisiones de hasta 13,6 TeV.
Cuando dos haces se chocan de frente, la energía del impacto se transforma en nuevas partículas, como prevé la famosa ecuación E=mc². Por fracciones inimaginables de segundo, el LHC recrea condiciones parecidas a las del Universo poco después del Big Bang.
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El proyecto involucra a más de 10 mil científicos e ingenieros de decenas de países, incluyendo grupos de Brasil en todos los grandes experimentos del LHC. Estos equipos analizan datos, construyen detectores y operan centros de computación que conectan al país con la frontera de la física de partículas.
El LHC es un anillo de 27 km que recrea los primeros instantes del Big Bang
El Gran Colisionador de Hadrones ocupa un túnel circular de 27 kilómetros, enterrado hasta 175 metros bajo la región de Ginebra. A lo largo del anillo, 1.232 imanes dipolos y cientos de cuadrupolos superconductores mantienen los haces de protones guiados y enfocados.
Los protones comienzan como hidrógeno común, pasan por aceleradores más pequeños y llegan al LHC ya en alta energía y bien organizados en paquetes. Cavidades de radiofrecuencia dan pequeños impulsos eléctricos en cada vuelta, hasta que las partículas viajan a pocos metros por segundo por debajo de la velocidad de la luz.
En cuatro puntos del anillo, los haces se cruzan dentro de detectores gigantes como ATLAS y CMS, algunos más grandes que edificios de varios pisos. Millones de sensores registran el paso de las partículas y, a partir de esas huellas, softwares reconstruyen cada colisión como si fuera un rompecabezas en 3D.
De la teoría del campo de Higgs al descubrimiento de la “partícula de Dios”
El bosón de Higgs es la partícula asociada a un campo cuántico invisible que permea todo el espacio y da masa a muchas partículas fundamentales. Sin el llamado campo de Higgs, electrones, quarks y otras partículas se comportarían como si no tuvieran masa, lo que no coincide con la realidad que observamos.
La idea del campo de Higgs fue propuesta en 1964, pero por casi 50 años el bosón permaneció solo como una predicción teórica. Producirlo exigía colisiones muy energéticas y en gran cantidad, algo que el LHC finalmente hizo posible con sus energías y tasas de eventos sin precedentes.
El 4 de julio de 2012, las colaboraciones ATLAS y CMS anunciaron la observación de una nueva partícula con alrededor de 125 GeV, consistente con el bosón de Higgs, con significancia de 5 sigma. El descubrimiento, celebrado en todo el mundo y que llevó al Nobel de 2013, cerró una pieza central del Modelo Estándar, pero también abrió nuevas preguntas sobre el cosmos.
Ingeniería extrema: frío mayor que el del espacio y datos a escala planetaria
Para que los imanes funcionen como superconductores, el LHC opera a alrededor de 1,9 kelvin, algo así como 271 grados Celsius negativos, más frío que el espacio. Esta temperatura extrema se mantiene por un sistema criogénico que utiliza alrededor de 120 toneladas de helio líquido circulando en miles de conexiones.
Los principales imanes producen campos de hasta 8,3 tesla, guiando los haces con corrientes de casi 12 mil amperios en cables de niobio-titanio. Si algo sale mal y el material pierde la superconductividad, ocurre un quench, obligando a apagar y enfriar nuevamente parte del anillo.
Mantener todo esto encendido consume alrededor de 120 megavatios, algo comparable a una fracción relevante del consumo de la región de Ginebra. Gran parte de esta energía alimenta justamente la criogenia, que transforma al LHC en uno de los mayores criostatos jamás construidos.
Cada día de operación genera cientos de terabytes de datos, que no cabrían en un solo centro de computación. Por eso nació la Worldwide LHC Computing Grid, red global que conecta a decenas de países, incluido Brasil, para procesar conjuntamente los eventos más interesantes.
En el país, centros como el SPRACE, en São Paulo, analizan datos del experimento CMS y participan en el desarrollo de electrónica y software para los detectores. Este esfuerzo forma personal especializado y genera tecnología que luego aparece en áreas como imagen médica, telecomunicaciones y sistemas de grandes datos.
Del LHC de alta luminosidad a los futuros colisionadores y a la materia oscura
El próximo paso del proyecto es el LHC de alta luminosidad (HL-LHC), actualización que debe multiplicar por hasta 10 el número de colisiones registradas. Según el cronograma más reciente, la nueva fase debe comenzar alrededor de 2030, después de una parada técnica prolongada a partir de 2026.
Con muchos más datos, los físicos quieren estudiar el Higgs en detalle y buscar señales de materia oscura, investigando, por ejemplo, decaimientos invisibles del bosón. Resultados recientes de ATLAS y CMS ya limitan la probabilidad de que el Higgs decaiga en partículas invisibles a algo en torno al 15%, lo que descarta varios modelos teóricos.
Para después de 2040, se discute la construcción del Future Circular Collider (FCC), un anillo de hasta 100 kilómetros que funcionaría como nueva fábrica de Higgs y colisionador aún más energético. Documentos recientes muestran que la comunidad brasileña ya se organiza para participar en esos proyectos, reforzando la presencia del país en la próxima generación de colisionadores.
En su opinión, ¿el LHC y los futuros colisionadores traen un retorno suficiente en conocimiento, tecnología y formación de personas para justificar este esfuerzo global, o la búsqueda de la llamada “partícula de Dios” es un lujo científico? Cuéntenos en los comentarios qué piensa sobre esta disputa entre curiosidad cósmica y necesidades urgentes aquí en la Tierra.
Investigação científica é para o bem da humanidade, se houvesse menos investimento em guerras e ganância a humanidade resolveria seus problemas em pouco tempo.
A ciência é o universo, partindo do principal, a matéria é limitada e se fragmenta, como somos matéria tudo ao nosso redor é também limitado, por isso nunca vamos conhecer o desconhecido infinito a partir da matéria, podemos chamar de mundo espiritual esse argumento está na base espiritual, um mundo invisível inteligente, é impressionante a imaginação humana.😱