El origen del universo ha sido estudiado por muchos científicos a lo largo de la historia. El universo se originó hace unos 13.700 millones de años, aproximadamente, debido a una explosión llamada Big Bang. Antes de que se produjera la explosión, se cree que toda la materia que forma ahora el universo estaba concentrada en una pequeña masa. En los primeros instantes, tras la explosión, en el universo había una serie de partículas que ya no existen.

Pero, gracias al Gran Colisionador de Hadrones (LHC ), podemos observar algunas de las partículas que se encontraban en el universo en el momento en el que se produjo la explosión; su estudio nos puede ayudar a comprender mejor el origen del universo. ¿Te interesa saber más sobre esto?: ¡Quédate y sigue leyendo!

Fig. 1: El universo se originó hace aproximadamente 13.700 millones de años, gracias a una explosión llamada Big Bang.

• En artículo, comenzaremos comprendiendo qué es el LHC (Gran Colisionador de Hadrones).
• A continuación, estudiaremos el funcionamiento del Gran Colisionador de Hadrones.
• Después, analizaremos los peligros del Gran Colisionador de Hadrones.
• Para terminar, aprenderemos qué es el CERN.

¿Qué es el LHC?

Fig. 2: El círculo azul representa el recorrido del Gran Colisionador de Hadrones.

La mayor parte del colisionador se encuentra en Suiza, aunque traspasa varias veces la frontera con Francia.

En 2010 ya se obtuvieron los resultados esperados y se consiguió la colisión de electrones a una velocidad nunca antes alcanzada. A lo largo de estos últimos años se han estado llevando a cabo investigaciones en el LHC, pero también ha habido dos grandes parones: el primero entre 2013 y 2015 y el segundo entre 2018 y 2022.

¿Para qué sirve un acelerador de partículas?

A través del LHC es posible acelerar los protones hasta casi la velocidad de la luz y, así, producir unos 40 millones de colisiones por segundo. Pero, ¿cuál es la razón por la que hacemos esto? Bien, pues cuando los protones colisionan entre sí a esta gran velocidad, aparecen partículas que no teníamos anteriormente; por ejemplo, los piones, kaones o hiperones, entre otras. Estas partículas estaban presentes en el universo tras el Big Bang; pero, hoy en día, esta es la única manera que tenemos de encontrarlas.

El HLC, ubicado en la frontera entre Suiza y Francia, se encuentra en un tubo bajo tierra (entre los 50 y los 175 m de profundidad, aunque la profundidad media es de 100 m) que tiene una forma circular/ovalada recubierta por un túnel de hormigón. Lo conforman dos tuberías paralelas, conocidas como líneas o tuberías de haces; por estas, como su nombre indica, viajan los haces en direcciones opuestas —unas en sentido horario y otras en sentido antihorario—.

Fig. 3: Tubo interno del LHC. En azul puedes observar el tubo por el que pasan los haces de electrones, recubierto de hormigón.

El objetivo del colisionador es, obviamente, que se produzcan colisiones. Por ello, hay cuatro puntos a lo largo del recorrido en el que se producen estos choques; estas zonas se llaman puntos de cruces, que son las áreas más importantes de todo el recorrido. Teniendo en cuenta que los haces se mueven casi a la velocidad de la luz, y que completan 11245 vueltas por segundo a todo el recorrido, es difícil que ambos haces colisionen. Aun así, se producen entre 800 y 1000 millones de colisiones por segundo

Los haces están formados por protones de hidrógeno y necesitan calentarse para poder incorporarse al colisionador; se aumenta su energía hasta que tengan la cantidad suficiente para incorporarse al circuito. Se liberan nuevos electrones cada 25 nanosegundos y en cada haz hay miles de millones de protones.

Estos haces necesitan estar dirigidos por algo, como es lógico, por lo que a lo largo de todo el recorrido hay una serie de imanes dipolares de 15 m de longitud, que sirven para que los haces mantengan su trayectoria. Además, hay casi 400 imanes cuadrupolares, de entre 5 y 7 m de largo.

Cuando los electrones se van acercando a los puntos de cruce, los imanes se encuentran más juntos para intentar asegurar las colisiones entre los haces de protones. En total, se usan casi 9600 imanes para lograr esto.

Cuando se consigue que los dos haces se crucen —es decir, que colisionen aproximadamente entre 800 y 1000 millones de veces por segundo—, se producen unas condiciones similares a las que hubo en el Big Bang, razón por la cual esto es tan interesante para los científicos. Estas colisiones provocan un gran aumento de la temperatura, de manera que en el momento del choque se pueden llegar a alcanzar temperaturas infinitamente más altas que en la superficie del Sol. Esta es la razón por la cual se necesitan máquinas refrigeradoras con helio líquido, a lo largo de todo el colisionador, cuya función es disminuir estas temperaturas.

Además, a lo largo del circuito hay una serie de detectores, que tiene como objetivo captar las colisiones que se dan entre los protones y reproducirlas informáticamente, de manera que quedan registradas. Así, los científicos que se dedican a la investigación en el LHC revisan fenómenos anormales que se puedan dar en estas colisiones, para alcanzar nuevos descubrimientos. Generalmente, los descubrimientos más importantes se dan cuando se produce la creación de partículas desconocidas.

Peligros del colisionador de hadrones

El Gran Colisionador de Hadrones no supone un gran peligro para la población, puesto que tiene un sistema de seguridad muy importante. Además, se han tomado las medidas necesarias para que no se produzcan accidentes que afecten a la población, o a los seres vivos en general.

Veamos cuáles podrían ser algunos de estos peligros y qué son medidas de precaución se han tomado:

• Altas temperaturas: Como hemos visto, cuando se produce el choque entre los dos haces de protones, las temperaturas aumentan de manera exponencial: llegan a alcanzar valores mucho mayores que en la superficie del Sol. Para solucionar esto, el circuito por el que pasan los haces está envuelto en una capa de helio líquido, que permite enfriar el sistema, para que no se alcancen temperaturas tan altas.
• Emisión de radiación: el Colisionador de Hadrones produce una cierta cantidad de radiación, que podría llegar a ser perjudicial para los seres vivos. No obstante, como ya hemos visto, se encuentra a una gran profundidad bajo Tierra, por lo que esta radiación no llega a la superficie terrestre y no nos afecta. Además, otra ventaja de estar en una zona tan profunda es que los desechos son mucho más fáciles de tratar.

CERN

Fundado en 1954 en Ginebra (Suiza), El CERN es uno de los centros más importantes de investigación del mundo. En él se llevan a cabo experimentos muy importantes y complejos; como, por ejemplo, la búsqueda de la partícula del bosón de Higgs, intentar saber qué es la materia oscura o la posibilidad de la existencia de dimensiones alternativa. En el CERN hay miles de científicos que colaboran en los proyectos que se llevan a cabo en este centro; entre ellos, los relacionados con el Gran Colisionador de Hadrones.

Fig. 4: El CERN se encuentra en Ginebra, Suiza.