Que Es El CERN

INTRODUCCION

Desde mucho tiempo atrás el hombre siempre ha querido saber sobre todo lo que lo rodea, la naturaleza, la Tierra y descubrir mas, investigar, solucionar interrogantes y avanzar en cada momento y seguir explorando para seguir hallando preguntas y acertijos que les sirven de manera amplia para poder entrar más a profundidad en este universo que es desconocido para todos.

La curiosidad del hombre siempre ha sido la clave para ir tras ideas que posteriormente son realizadas, es tanto lo que se ha logrado a lo largo de la historia de la humanidad con relación a la ciencia que hoy día nos sorprendemos de tantas cosas que la inteligencia del hombre ha logrado y su gran capacidad para manipular tantos conceptos que han culminado en hechos que sorprenden al mundo entero.

En este contexto basta destacar a los científicos que se han metido de lleno en el campo de la física, ciencia natural y una de las más antiguas disciplinas académicas que no solo se queda en teoría, sino que es también una ciencia experimental, que busca que sus conclusiones sean verificadas experimentalmente y que la teoría haga predicciones para experimentos futuros. Hay muchos campos en los que la física es utilizada, como la mecánica clásica, electromagnetismo, relatividad, mecánica cuántica, física de las partículas; esta ultima disciplina es la que nos interesa en este momento, ya que estudia los componentes elementales de la materia y sus interacciones, lo que abarca esta ciencia es muy amplio y a la vez complejo.

Hoy en día se han creado muchos centros o laboratorios de investigación para los experimentos relacionados con la física y sus diferentes disciplinas, y en particular con la física de las partículas, los centros principales de investigación se encuentran en Europa, América del norte y Asia. Se destaca entre estos centros el CERN, uno de los más importantes que existen, y que ha alertando en ocasiones al mundo entero con sus estudios. Inmiscuirse en el mundo de la física no es difícil, solo hay que saber entenderla y seguir su orden cronológico, para poder descifrar tantos de sus problemas que muchas veces nos enredan, sin embargo nunca dejara de ser interesante.

1. ¿QUE ES EL CERN?

La Organización Europea para la Investigación Nuclear, es su nombre oficial, y comúnmente conocida por la sigla CERN, en francés Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, es el mayor laboratorio de investigación en física de partículas a nivel mundial.

Está situado en la frontera entre Francia y Suiza, entre la comuna de Meyrin (en el Cantón de Ginebra) y la comuna de Saint-Genis-Pouilly (en el departamento de Ain).

Ubicación del CERN

Vista aérea de su perímetro

2. HISTORIA DE SU FUNDACION

Fundado en 1954 por 12 países europeos, el CERN es hoy en día un modelo de colaboración científica internacional y uno de los centros de investigación más importantes en el mundo. Actualmente cuenta con 20 estados miembros, los cuales comparten la financiación y la toma de decisiones en la organización. Aparte de éstos, otros 28 países no miembros participan con científicos de 220 institutos y universidades en proyectos en el CERN utilizando sus instalaciones.

El primer gran éxito científico del CERN se produjo en 1984 cuando Carlo Rubbia y Simon van der Meer obtuvieron el Premio Nobel de Física por el descubrimiento de los bosones W y Z. En 1992 le tocó el turno a Georges Charpak "por la invención y el desarrollo de detectores, en particular la cámara proporcional multihilos".

3. ACELERADOR DE PARTICULAS

Un acelerador de partículas es un dispositivo que utiliza campos electromagnéticos para acelerar partículas cargadas hasta altas velocidades, y así, colisionarlas con otras partículas. De esta manera, se generan multitud de nuevas partículas que -generalmente- son muy inestables y duran menos de un segundo, o bien, permite estudiar más a fondo las partículas que fueron colisionadas por medio de las que fueron generadas. Hay dos tipos básicos de aceleradores de partículas: los lineales y los circulares. El tubo de rayos catódicos de un televisor es una forma simple de acelerador de partículas.

Los aceleradores de partículas imitan, en cierta forma, la acción de los rayos cósmicos sobre la atmósfera terrestre, lo cual produce al azar una lluvia de partículas exóticas e inestables. Sin embargo, los aceleradores prestan un entorno mucho más controlado para estudiar estas partículas generadas, y su proceso de desintegración.

4. FUNCIONAMIENTO

Cuenta con una serie de aceleradores de partículas entre los que destaca el ya desmantelado, LEP (Large Electron-Positron Collider, Gran Colisionador Electrón-Positrón). Actualmente en su lugar se ha construido el LHC (Large Hadron Collider, Gran Colisionador de Hadrones), un acelerador protón-protón que operará a mayor energía y luminosidad(se producirán más colisiones por segundo) de 27 km de circunferencia y que constituye el acelerador de partículas más grande jamás construído gracias a la colaboración de 60 países. Se espera que este incremento en energía y luminosidad permita descubrir el esquivo bosón de Higgs, así como confirmar o desestimar teorías de partículas como las teorías supersimétricas o las teorías de tecnicolor. La primera prueba de este último se realizó con éxito el 10 de septiembre de 2008.

El éxito del CERN no es sólo su capacidad para producir resultados científicos de gran interés, sino también el desarrollo de nuevas tecnologías tanto informáticas como industriales. Entre los primeros destaca en 1990 la invención del WorldWideWeb por los científicos Tim Berners-Lee yRobert Cailliau. Entre los segundos podemos citar imanes de 9T en varios metros, detectores de gran precisión, imanes superconductores de gran uniformidad a lo largo de varios kilómetros, etc. A finales de 2010 los directivos del CERN anunciaron que habían conseguido producir y capturar átomos de antimateria por un lapso de más de una décima de segundo. Este hecho es importantísimo para la ciencia ya que abre un campo que, al menos en la práctica, era desconocido y podría proporcionar energía en cantidades inmensas.

5. CERN LHC EXPERIMENTOS Y DETECTORES: ATLAS, CMS, ALICE,

LHCf Y TOTEM

El gran Colisionador de Hadrones (LHC) es un gigantesco instrumento científico situado cerca de Ginebra, cerca a la frontera franco-suiza, a unos 100 metros bajo tierra. Se trata de un acelerador de partículas, con el cual los físicos estudiarán las partículas más pequeñas conocidas: los componentes fundamentales de la materia. El LHC revolucionará nuestra comprensión del mundo, desde lo infinitamente pequeño, en el interior de los átomos, a lo infinitamente grande del Universo. El LHC fue construido para ayudar a los científicos a responder a ciertas preguntas esenciales de la física de las partículas para las que todavía no hay respuesta. La energía sin precedentes que alcanzará podría incluso revelar resultados completamente inesperados.

Dos haces de partículas subatómicas de la familia de los « hadrones » (protones o iones de plomo) circularán en sentido inverso en el interior del acelerador circular, almacenando energía cada vez. Haciendo entrar en colisión frontal los dos haces a una velocidad cercana a la de la luz y a muy altas energías, el LHC recreará las condiciones que existían justo después del Big Bang. Equipos de físicos del mundo entero analizarán las partículas resultantes de tales colisiones utilizando detectores especiales.

Existen numerosas teorías en cuanto a los resultados de tales colisiones. En todo caso, los físicos prevén una nueva era de la física, que aporte nuevos conocimientos sobre el funcionamiento del Universo. Durante decenios, los físicos se han apoyado en el modelo standard de la física de partículas para intentar comprender las leyes fundamentales de la Naturaleza.

5.1. FUNCIONAMIENTO DEL LHC

El LHC, el acelerador de partículas mayor y más potente del mundo, es el último eslabón del complejo de aceleradores del CERN (Organización Europea de Investigación Nuclear). Consiste en un anillo de 27 km de circunferencia formado por imanes supraconductores y por estructuras aceleradoras que aumentan la energía de las partículas que circulan por él. En el interior del acelerador, dos haces de partículas circulan a energías muy altas y a una velocidad cercana a la de la luz antes de entrar en colisión una con otra. Los haces circulan en sentido opuesto, en tubos distintos situados bajo un vacío de alto nivel (ultravacío). Son guiados a lo largo del anillo del acelerador por un potente campo magnético, generado por electroimanes supraconductores. Estos últimos se componen de bobinas de un cable eléctrico especial que funciona en estado de supraconductor, es decir, conduciendo la electricidad sin resistencia ni pérdida de energía. Para ello, los imanes deben ser enfriados a -271ºC, una temperatura más fría que la del espacio intersideral. Es la razón por la cual una gran parte del acelerador está conectada a un sistema de distribución de helio líquido que enfría los imanes así como otros sistemas anexos.

Para dirigir los haces a lo largo del acelerador se utilizan millares de imanes de tipos y de dimensiones diferentes. Entre ellos los imanes principales, entre los que se encuentran 1234 imanes bipolares de 15 metros de longitud utilizados para curvar la trayectoria de lo shaces, y 392 imanes cuadripolares de 5 a 7 metros de longitud que concentran los haces. Justo antes de la colisión, se utiliza otro tipo de imán para “pegar” las partículas unas a otras, con el fin de aumentar las probabilidades de colisión. Esas partículas son tan minúsculas que hacerlas entrar en colisión equivale a lanzar dos agujas, una contra otra, desde una distancia de 10 km.

Modelo de imán dipolo supraconductor del LHC

5.2. LOS EXPERIMENTOS

Cada experimento es distinto y se caracteriza por su detector de partículas.

Los dos experimentos mayores, ATLAS y CMS, van equipados con detectores polivalentes destinados a analizar la miríada de partículas producidas durante las colisiones en el interior del acelerador, y estudiar así los aspectos más diversos de la física. Esos dos detectores, concebidos de forma independiente, permiten situar las informaciones en caso de descubrimiento.

Dos experimentos de dimensión mediana, ALICE y LHCb, van equipados con detectores especializados y analizarán fenómenos específicos durante las colisiones en el LHC.

Otros dos experimentos de dimensión claramente menor, TOTEM y LHCf, estudiarán los hadrones que escapan por poco a una colisión frontal. En efecto, cuando dos haces que circulan en sentido opuesto alcanzan el punto de colisión, sólo entrechocan algunas partículas. Otras se rozan, mientras que la gran mayoría continúa su ruta sin encontrarse con otras partículas. Las que únicamente se rozan se desvían muy ligeramente de la trayectoria del haz: son las “partículas de ángulo pequeño” analizadas por TOTEM y LHCf.

Los detectores ATLAS, CMS, ALICE y LHCb están instalados en el interior de cuatro enormes cavernas situadas a lo largo del anillo del LHC. Los detectores del experimento TOTEM están situadas cerca del detector CMS, y los del experimento LHCf están cerca del detector ATLAS.

5.2.1 Detector Alice

5.2.2 Detector Atlas

5.2.3 Detector CMS

5.2.4 Detector LHCb

5.2.5 Detector TOTEM

5.2.6 Detector LHCf

6. NOTICIAS RECIENTES DEL CERN

El periódico el Tiempo de nuestro país, el 07 de Marzo del presente año, publico una noticia relevante del laboratorio europeo, el encabezado dice “Científicos del CERN ven por primera vez dentro de la antimateria” Lo lograron gracias a la obtención de una medida electroscópica del antihidrógeno.

Científicos del Centro Europeo de Investigación Nuclear (Cern) han conseguido "mirar" por primera vez dentro de la antimateria gracias a la obtención de una medida espectroscópica del antihidrógeno, procedimiento que ofrece información inédita hasta ahora sobre su estructura interna.

El portavoz del experimento Alpha, Jeffrey Hangst, anunció hoy que se ha conseguido realizar "la primera, aunque modesta", medida del espectro de este antiátomo, un "avance enorme" en el camino para descifrar uno de los misterios más profundos de la física de partículas y quizá para entender la existencia misma del Universo.

"Lo que estamos haciendo es mirar dentro de la antimateria, dentro de un átomo de materia, por primera vez. Estamos estudiándolo de la misma manera que los físicos atómicos han estudiado el hidrógeno, el helio y otros átomos en la tabla periódica, y estamos tratando el átomo de antimateria de la misma manera", afirmó.

"Es un paso enorme porque nunca lo habíamos podido hacer hasta ahora", añadió Hangst, cuyas conclusiones se publican de manera extensa en el último número de la revista científica "Nature".

Vivimos en un Universo aparentemente formado únicamente de materia, pese a que antes del Big Bang (la explosión que dio origen al Universo hace 14.000 millones de años) la materia y la antimateria existieron en la misma proporción.

Por lo tanto, adentrarse en la estructura de la segunda es adentrarse en lo desconocido y desafiar las leyes físicas vigentes. La medida del espectro del antihidrógeno realizada en el CERN es un nuevo hito en el estudio de las propiedades de los átomos de antimateria, ya que permite comparar al hidrógeno con su equivalente de la antimateria y podría sugerir "por qué la naturaleza tuvo una preferencia por la materia sobre la antimateria".

"Hemos demostrado que podemos probar la estructura interna del antihidrógeno y ahora sabemos que es posible diseñar experimentos para hacer una medida detallada de los antiátomos", indicó Hangst.

CONCLUSIONES

• El CERN es uno de los laboratorios más grandes que existen en el mundo, donde se realizan infinidad de estudios, todos estos ligados con el tema de las partículas componentes de la materia

• Los experimentos que se realizan en este centro de investigación son muy delicados porque trabajan con altas temperaturas para la aceleración de las partículas

• El CERN tiene su propio Colisionador, y este a su vez realiza sus propios experimentos, donde hay inmensos construcciones de detectores de partículas

• Se creyó en un principio que en algún momento se podría generar un agujero negro dentro del laboratorio pero esto en realidad no hubiese sido gran cosa

• La antimateria es uno de los principales estudios en el centro de investigación

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