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¬ŅQu√© ven los f√≠sicos de part√≠culas cuando ocurren colisiones?

¬ŅQu√© ven los f√≠sicos de part√≠culas cuando ocurren colisiones?

Lo que ven los físicos cuando observan colisiones de partículas no se parece a esta reproducción.

Hemera / ThinkStock

¿Recuerda cuando el Gran Colisionador de Hadrones, un triturador de partículas masivo ubicado en lo profundo del suelo pastoral de Suiza, se lanzó por primera vez en 2008? ¿Recuerdas cómo destruyó todo nuestro universo al crear un agujero negro que nos envolvió y nos envolvió directamente en el apocalipsis?

O tal vez simplemente no lo recuerdas.

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Puede recordar ese momento en el que el LHC comenzó a seguir una exageración interminable sobre cómo podría destruir el planeta. Pero luego todo comenzó, y comió un sándwich de pavo para el almuerzo y recibió una multa de estacionamiento ese día. El mundo, al parecer, continuaba.

Así que dejemos una cosa a un lado antes de sumergirnos en el apasionante mundo de las colisiones de partículas: así como el primer día del primer rayo fue para el típico no físico, no son tan emocionantes.

Ahora, antes de que los físicos en silla de ruedas y los físicos reales se enojen, reconocemos que, por supuesto, las colisiones de partículas son emocionantes en un nivel fundamental y universal. Las colisiones de partículas son el equivalente a que los físicos agarren el universo y lo golpeen en la cabeza, preguntándose si esta cosa está encendida. Al estudiar las colisiones de partículas, no solo podemos evaluar lo que podría haber sucedido inmediatamente después del nacimiento de nuestro universo, sino que también podemos juzgar cómo funcionan e interactúan los elementos primarios de la materia.

En otras palabras: es un gran problema.

E incluso. A pesar de toda la charla sobre aceleraciones y choques, sobre protones que se mueven casi a la velocidad de la luz, sobre colisiones tan monumentales que la gente pensó que nos destrozarían … el típico éxito de taquilla del verano. Sin mencionar que hay 600 millones de colisiones por segundo cuando el dispositivo está encendido. [source: CERN].

No es solo el anticlímax de toda esta charla sobre el fin del mundo lo que no está sucediendo. Eso es lo que ven los físicos cuando los protones chocan y generan … datos.

Para ser honesto, son muchos, muchos datos. Aunque sería genial si los físicos miraran una pantalla que mostrara protones explotando como fuegos artificiales, iluminados con etiquetas como “¡muón!” o “¡Higgs!” para una fácil identificación, en realidad son los números y gráficos recopilados por los detectores los que “muestran” a los físicos lo que sucede en las colisiones.

Los físicos buscan muchos datos diferentes cuando estudian las colisiones de partículas. Esto significa que no hay una sola señal para monitorear y ni siquiera un solo tipo de detector para medir. En cambio, confían en diferentes tipos de detectores para proporcionar pistas sobre lo que están mirando.

Primero, miran hacia dónde van las partículas producidas cuando los protones chocan. Un rastreador puede informarles inmediatamente de cosas como la carga de la partícula (las curvas positivas en una dirección, las negativas en la otra) o el momento de la partícula (el momento alto va en línea recta, las espirales inferiores están apretadas). Recuerde ahora que no están mirando el rastro real de una partícula. En cambio, observan las señales eléctricas que ha registrado una computadora, que se pueden representar gráficamente en una repetición de la ruta. [source: CERN].

Un rastreador no detecta partículas neutras, por lo que se identifican en un calorímetro. Un calorímetro mide la energía cuando las partículas se rompen y absorben. Pueden decirles a los físicos cosas bastante precisas, porque un tipo de calorímetro mide electrones y fotones, mientras que otro es el caso de los protones y piones. [source: CERN]. La detección de radiación también mide la velocidad de las partículas. Los físicos estudian todos estos pequeños identificadores para determinar qué sucede con las partículas durante e inmediatamente después de una colisión.

Todas estas herramientas y la evidencia que recopilan son lo que buscan los científicos para determinar qué sucedió en un accidente. Después de eso, es hora de investigar cualquier resultado extraño o significativo que encuentren. Un buen ejemplo es el descubrimiento del bosón de Higgs, una pequeña partícula que impregna el universo, agregando masa a las partículas. Los físicos estudiaron los conjuntos de datos de colisión para ver si el campo de Higgs atraería una partícula de repuesto (un bosón de Higgs) cuando se comprimieran dos protones. La idea era un poco como ver dos arroyos serpenteando a través de una playa de arena: cada arroyo solo podía hundirse suavemente en la arena, pero si de repente se rompían, podía levantarse un grano de arena.

Este grano de arena no fue un destello en la pantalla. En cambio, los datos recopilados en múltiples colisiones se rastrearon cuidadosamente. Estos números eran, hasta cierto punto, probabilidades matemáticas. Otros experimentos determinaron dónde teníamos que buscar para encontrar la masa equivalente (y por lo tanto la existencia) del Higgs. [source: Preuss].

Los científicos también sabían que si Higgs existía, tendría que actuar de varias formas específicas (por ejemplo, cómo se descompone en otras partículas). Entonces, cuando vieron un exceso de eventos más allá de lo esperado en un gráfico de datos, se emocionaron y pudieron comenzar a juzgar si la señal que estaban viendo en los datos era algo. [source: CERN]. En el caso de Higgs, lo fue.

Entonces no, los físicos de partículas no ven agujeros negros o mini-Big Bangs cuando ocurren colisiones. Lo que ven es evidencia de que algunas partículas despegaron durante la colisión y datos que indican que lo que vieron fue parte de un patrón predecible más grande o, si tienen más suerte, un camino de descubrimiento completamente nuevo.

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